JP2015512061A - Multiphoton curing method using negative contrast composition - Google Patents

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Abstract

本開示は、陰性造影が起こる条件下で光硬化性組成物を硬化させるための多光子吸収方法に関する。この光硬化性組成物には、フリーラジカル重合可能な化合物が含まれる。この方法は、マイクロメートルスケール又はそれより小さい寸法の構造作製に適用される。The present disclosure relates to a multiphoton absorption method for curing a photocurable composition under conditions in which negative imaging occurs. This photocurable composition contains a compound capable of free radical polymerization. This method applies to the fabrication of structures on the micrometer scale or smaller.

Description

本開示は広く、多光子による光硬化のための方法及び材料に関する。   The present disclosure relates generally to methods and materials for multi-photon photocuring.

マイクロメートルスケール又はサブマイクロメートルスケール解像度での2次元(2D)及び/又は3次元(3D)構造を作製するのに使用される典型的な多光子プロセスにおいて、光硬化性組成物は、高強度光(例えば、近赤外線(NIR)レーザーにより提供される近赤外光など)を使用して選択的に硬化される。   In typical multiphoton processes used to make two-dimensional (2D) and / or three-dimensional (3D) structures with micrometer scale or sub-micrometer scale resolution, the photocurable composition has a high strength. It is selectively cured using light, such as near infrared light provided by a near infrared (NIR) laser.

多くの既知の実行例において、光硬化性組成物には、1つ以上のフリーラジカル重合可能な化合物(例えば、アクリレート及び/又はメタクリレート)が挙げられる。光硬化性組成物は、一般に近赤外線波長の光に対する感度が低いが、光硬化性材料に含まれる多光子光開始剤系により非線形的な光の同時多光子吸収により硬化され得る。このプロセスにより、使用される光の約2倍に相当するエネルギーが、多光子光開始剤系に吸収され、これが分解してフリーラジカルを生成し、これが、光硬化性組成物に含まれるフリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合(典型的には架橋を伴う)を開始させる。したがって、光硬化性組成物の少なくとも部分的な硬化が、レーザー光線焦点近くで起こる。光の焦点は、光硬化性組成物内の様々な領域に導かれ、これによって光硬化性組成物内に潜在構造が生じる。次に、光硬化性組成物の硬化が不十分な領域を除去することによって(例えば、溶媒現像)、対応する実際の構造が作製される。   In many known implementations, the photocurable composition includes one or more free radically polymerizable compounds (eg, acrylates and / or methacrylates). Photocurable compositions are generally less sensitive to near infrared wavelengths of light, but can be cured by simultaneous multiphoton absorption of non-linear light by a multiphoton photoinitiator system contained in the photocurable material. By this process, energy equivalent to about twice the light used is absorbed by the multiphoton photoinitiator system, which decomposes to produce free radicals, which are free radicals contained in the photocurable composition. Initiate free radical polymerization (typically involving crosslinking) of the polymerizable compound. Thus, at least partial curing of the photocurable composition occurs near the laser beam focus. The focal point of light is directed to various regions within the photocurable composition, thereby creating a latent structure within the photocurable composition. Next, the corresponding actual structure is made by removing areas of the photocurable composition that are not sufficiently cured (eg, solvent development).

硬化をもたらす多光子吸収(例えば、フリーラジカル重合)は、使用される光の強度と用量に大きく依存するため、非常に小さい(例えば、マイクロメートルスケール又はナノメートルスケールの)体積の重合素子(一般に「ボクセル」と呼ばれ、体積画素(volume pixels)の短縮語である)を作製することが可能である。典型的には、レーザー光線の焦点は、任意の直径に沿ってほぼガウス分布である強度プロファイルを有する、ほぼ楕円体である。したがって、レーザー光線露光により生成された典型的なボクセルは、ほぼ球形であり、あるいは伸長した球体に似ていてよく、ここにおいてこの伸長は1本又は1本以上の軸(例えば、x軸、y軸、若しくはz軸)に沿っている。   Multiphoton absorption (eg, free radical polymerization) that results in curing is highly dependent on the intensity and dose of light used, so a very small (eg, micrometer-scale or nanometer-scale) volume polymerization element (typically It is possible to create “voxels” (short for volume pixels). Typically, the focal point of the laser beam is an approximately ellipsoid with an intensity profile that is approximately Gaussian along an arbitrary diameter. Thus, a typical voxel produced by laser beam exposure may be approximately spherical or may resemble an elongated sphere, where the elongation is one or more axes (eg, x-axis, y-axis). Or the z-axis).

ボクセル1つずつについて繰り返し、樹脂に対して、3次元(すなわち、x軸、y軸、及びz軸方向)にレーザー光線の焦点位置を制御することによって、より大きなナノ構造及びマイクロメートル構造を構築することができる。多くの場合、ほぼ単一のボクセル層(すなわち、x−y面)を硬化させ、続いて焦点を約1ボクセル長さ(すなわち、z軸上)移動させ、次の層(すなわち、x−y面)を硬化させることにより、3D構造が形成される。このプロセスは、望ましい構造が形成されるまで繰り返し、現像工程(例えば、上述のように)を介して実現することができる。   Repeat for each voxel and build larger nanostructures and micrometer structures for the resin by controlling the focal position of the laser beam in three dimensions (ie, x-axis, y-axis, and z-axis directions). be able to. In many cases, a nearly single voxel layer (ie, the xy plane) is cured, followed by moving the focal point by about 1 voxel length (ie, on the z-axis) and the next layer (ie, xy). By curing the surface, a 3D structure is formed. This process can be repeated through a development step (eg, as described above) until the desired structure is formed.

より小さな寸法を有する高解像度のマイクロメートル構造及びナノメートル構造のフォトリソグラフィー作製を可能にするようなシステム及び方法の継続的ニーズが存在する。我々は、様々な条件の陰性造影(すなわち、露光の段階的増加により硬化の減少を引き起こす)において、フリーラジカル重合可能材料を使用して上記を達成する方法を発見した。   There is a continuing need for systems and methods that allow photolithography fabrication of high resolution micrometer and nanometer structures with smaller dimensions. We have found a way to achieve the above using free radical polymerizable materials in various conditions of negative imaging (ie causing a decrease in cure due to a stepwise increase in exposure).

一態様において、本開示は、次の工程:
a)光線を提供する工程であって、この光線は、光の強度が比較的高い外側領域によって囲まれた、光の強度が比較的低い内側領域を含む、光線断面プロファイルを有し、ここにおいて内側領域と外側領域は同じ時間的プロファイルを有する、工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、フリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含む、工程と、
c)光硬化性組成物の少なくとも一部分を光線に露光させることにより、光の一部の多光子光開始剤系による多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物の少なくとも一部分にフリーラジカル重合を開始させる工程であって、ここにおいて、光硬化性組成物に、光線の内側領域の少なくとも一部分を照射することにより、光硬化性組成物の一部分に、少なくとも現像のための閾値レベルまでの硬化が生じ、そして、光硬化性組成物に、光線の内側領域に隣接する外側領域の少なくとも一部分を照射することによっては、その光硬化性組成物に、少なくとも現像のための閾値レベルまでの硬化が生じない、工程と、を含む方法を提供する。
In one aspect, the disclosure includes the following steps:
a) providing a light beam having a light beam cross-sectional profile comprising an inner region of relatively low light intensity surrounded by an outer region of relatively high light intensity, wherein The inner region and the outer region have the same temporal profile; and
b) providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a free radical polymerizable compound, a free radical polymerization inhibitor, and a multiphoton photoinitiator system; ,
c) By exposing at least a portion of the photocurable composition to light, multiphoton absorption by a multiphoton photoinitiator system of a portion of the light initiates free radical polymerization on at least a portion of the free radical polymerizable compound. Wherein irradiating the photocurable composition with at least a portion of the inner region of the light beam causes a portion of the photocurable composition to cure to at least a threshold level for development. And irradiating the photocurable composition with at least a portion of the outer region adjacent to the inner region of the light beam, the photocurable composition does not cure to at least a threshold level for development. A method comprising the steps of:

いくつかの実施形態において、この光硬化性組成物は更に、実質的に非流動性である有機ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、光線断面プロファイルの外側領域は実質的に環状である。いくつかの実施形態において、光線は、ガウス・ラゲールモードのレーザー光を含む。いくつかの実施形態において、光硬化性組成物は、基材上に配置される層を形成する。いくつかの実施形態において、この方法は更に、工程c)において少なくとも現像のための閾値レベルまで硬化した(例えば重合及び/又は架橋した)光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを含む。いくつかの実施形態において、フリーラジカル重合阻害剤は、有機フリーラジカル重合阻害剤を含む。いくつかの実施形態において、フリーラジカル重合可能な化合物は、少なくとも2つのアクリロイル基を含む。   In some embodiments, the photocurable composition further comprises an organic polymer that is substantially non-flowable. In some embodiments, the outer region of the beam cross-sectional profile is substantially annular. In some embodiments, the light beam comprises Gaussian Laguerre mode laser light. In some embodiments, the photocurable composition forms a layer disposed on the substrate. In some embodiments, the method further comprises developing at least a portion of the photocurable composition that has been cured (eg, polymerized and / or crosslinked) at least to a threshold level for development in step c). . In some embodiments, the free radical polymerization inhibitor comprises an organic free radical polymerization inhibitor. In some embodiments, the free-radically polymerizable compound includes at least two acryloyl groups.

別の一態様において、本開示は、次の工程:
a)少なくとも一つの光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、分子状酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含み、このフリーラジカル重合阻害剤は、酸素の不在下で有効である、工程と、
c)光硬化性組成物の一部分を、少なくとも一つの光線に露光させることにより硬化させ、これにより、光の一部の多光子光開始剤系による多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、光線による露光の段階的な増加によって、光線に露光した光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなり、光硬化性組成物は、この光硬化性組成物がこの光線に露光する前は、実質的に分子状酸素を含まない、工程と、を含む方法を提供する。
In another aspect, the disclosure includes the following steps:
a) providing at least one light beam;
b) a step of providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a free radical polymerizable compound, a free radical polymerization inhibitor other than molecular oxygen, a multiphoton photoinitiator system, The free radical polymerization inhibitor is effective in the absence of oxygen, and
c) a portion of the photocurable composition is cured by exposure to at least one light beam, whereby the multiphoton absorption by the multiphoton photoinitiator system of a portion of the light is free radically polymerizable compound Initiate free radical polymerization and thereby reduce the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light by a stepwise increase in exposure with the light, the photocurable composition Before the curable composition is exposed to the light, and is substantially free of molecular oxygen.

いくつかの実施形態において、このフリーラジカル重合可能な化合物は少なくとも2つのメタクリロイル基を含み、この光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能アクリレートを実質的に含まない。いくつかの実施形態において、この光硬化性組成物は更に有機ポリマーを含み、かつ実質的に非流動性である。いくつかの実施形態において、光硬化性組成物は、基材上に配置される層を形成する。いくつかの実施形態において、本願光線は、所定のパターンにしたがって光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる。   In some embodiments, the free radical polymerizable compound comprises at least two methacryloyl groups, and the photocurable composition is substantially free of free radical polymerizable acrylates. In some embodiments, the photocurable composition further comprises an organic polymer and is substantially non-flowable. In some embodiments, the photocurable composition forms a layer disposed on the substrate. In some embodiments, the present light beam focuses at various locations within the photocurable composition according to a predetermined pattern.

別の一態様において、本開示は、次の工程:
a)光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は:
フリーラジカル重合可能な化合物と、
タイプI光開始剤と、
フリーラジカル重合阻害剤とを含む、工程と、
c)光硬化性組成物の少なくとも一部分を、光線に露光させることにより、少なくとも部分的に硬化させ、これにより、タイプI光開始剤による光の一部分の多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、光線による露光の段階的な増加によって、光線に露光した光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなる、工程と、を含む方法を提供する。
In another aspect, the disclosure includes the following steps:
a) providing a light beam;
b) providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising:
A compound capable of free radical polymerization;
A type I photoinitiator;
A process comprising a free radical polymerization inhibitor;
c) a compound capable of at least partially curing at least a portion of the photocurable composition by exposure to light, whereby multiphoton absorption of a portion of the light by a Type I photoinitiator is free radically polymerizable. Initiating free radical polymerization of the light, and thereby reducing the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light by stepwise increasing the exposure with the light. To do.

いくつかの実施形態において、フリーラジカル重合可能な化合物は、フリーラジカル重合可能アクリレート又はフリーラジカル重合可能メタクリレートのうちの少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the free radical polymerizable compound comprises at least one of a free radical polymerizable acrylate or a free radical polymerizable methacrylate.

いくつかの実施形態において、タイプI光開始剤は、置換又は未置換の、ベンゾインエーテル、ベンジルケタル、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−ジアルキルアミノアルキルフェノン、アシルホスフィンオキシド、アシルホスフィン、これらの置換誘導体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、タイプI光開始剤は、2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−4’−モルホリノブチロフェノンを含む。   In some embodiments, the Type I photoinitiator is a substituted or unsubstituted benzoin ether, benzyl ketal, α, α-dialkoxyacetophenone, α-hydroxyalkylphenone, α-dialkylaminoalkylphenone, acylphosphine oxide. , Acylphosphine, substituted derivatives thereof, and combinations thereof. In some embodiments, the Type I photoinitiator comprises 2-benzyl-2- (dimethylamino) -4'-morpholinobutyrophenone.

上述の方法において、光硬化性組成物は基材上に配置された層を形成し得る。加えて、又は別の方法として、光硬化性組成物は更に、有機ポリマーを含み得、かつ実質的に非流動性であり得る。   In the method described above, the photocurable composition can form a layer disposed on the substrate. In addition or alternatively, the photocurable composition may further comprise an organic polymer and may be substantially non-flowable.

上述の方法において、工程c)は複数回繰り返すことができる。各繰り返しの際、光線は、所定のパターンにしたがって光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせ、これには3次元のそれぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれ得る。しかしながら、工程c)の繰り返しは、本開示の本質的な利益を達成するために必ずしも必要ではない。   In the above method, step c) can be repeated a plurality of times. During each iteration, the light rays are focused at various locations within the photocurable composition according to a predetermined pattern, which can include predetermined pattern variations in each of the three dimensions. However, repeating step c) is not necessary to achieve the essential benefits of the present disclosure.

典型的に、上述の方法は更に、工程c)において少なくとも現像のための閾値レベルまで硬化した光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを含むが、これは必須ではない。   Typically, the method described above further comprises developing at least a portion of the photocurable composition cured in step c) to at least a threshold level for development, although this is not essential.

本開示による方法は、有利なように、実践的なレーザースキャン速度でサブマイクロメートル形状を作製することを可能にする。   The method according to the present disclosure advantageously makes it possible to produce sub-micrometer shapes at practical laser scan speeds.

本開示において、
用語「フリーラジカル重合阻害剤」は、(例えば、フリーラジカル重合可能アクリレート及び/又はメタクリレートの)フリーラジカル重合を阻害する化合物を指す。
In this disclosure,
The term “free radical polymerization inhibitor” refers to a compound that inhibits free radical polymerization (eg, of free radical polymerizable acrylates and / or methacrylates).

用語「光」は、例えば約300ナノメートル(nm)〜約1500nmの範囲の電磁放射線を指す。   The term “light” refers to electromagnetic radiation ranging, for example, from about 300 nanometers (nm) to about 1500 nm.

用語「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び/又は「メタクリル」を指す。   The term “(meth) acryl” refers to “acryl” and / or “methacryl”.

用語「マイクロメートル構造」は、約800マイクロメートル(μm)未満、典型的には約500マイクロメートル未満、又は更には100マイクロメートル未満の、少なくとも1つの限界寸法を有する2D又は3D形状を意味する。   The term “micrometer structure” means a 2D or 3D shape having at least one critical dimension that is less than about 800 micrometers (μm), typically less than about 500 micrometers, or even less than 100 micrometers. .

光の吸収に関する用語「非線形」は、光の吸収が、光の強度の1より大きい累乗に従属するプロセスを指す。   The term “non-linear” with respect to light absorption refers to a process in which light absorption depends on a power greater than one.

用語「多光子吸収」は、2つ以上の光子が非線形的に同時に吸収されることによって、同じエネルギーの1つの光子の吸収によってはエネルギー的にアクセス不能であるような反応性の電子的な励起状態に達することを指す。   The term “multi-photon absorption” refers to a reactive electronic excitation in which two or more photons are absorbed simultaneously in a non-linear manner so that they are energetically inaccessible by the absorption of one photon of the same energy. Refers to reaching a state.

用語「メタクリレート化合物」は、少なくとも1つのメタクリロイル基を有する化合物を指す。   The term “methacrylate compound” refers to a compound having at least one methacryloyl group.

用語「硬化」及び「光硬化」は、可溶性の光硬化性組成物(例えば、フォトレジスト)を、重合(例えば、所望により架橋を伴うフリーラジカル重合)により不溶性にするプロセスを指す。例えば、重合の度合が不溶化を引き起こすのに十分になる前に重合の終了が起こる場合には、光硬化性組成物の硬化(例えば、不溶化)なしで重合が起こり得る。   The terms “curing” and “photocuring” refer to the process of making a soluble photocurable composition (eg, a photoresist) insoluble by polymerization (eg, free radical polymerization, optionally with cross-linking). For example, if the termination of polymerization occurs before the degree of polymerization is sufficient to cause insolubilization, the polymerization can occur without curing (eg, insolubilization) of the photocurable composition.

用語「同時」とは、10−14秒以下の時間内に発生する2つの事象を意味する。 The term “simultaneously” means two events that occur within a time period of 10 −14 seconds or less.

本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。   The features and advantages of the present disclosure will become better understood when considering the form for carrying out the invention and the appended claims.

本開示による方法を実施するのに有用な例示的な一システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary system useful for performing a method according to the present disclosure. FIG. 陰性造影を呈する仮説的な光硬化性組成物のための、固定された多光子硬化条件で、書き込み速度の逆数に対する垂直ボクセル寸法の概略プロットである。FIG. 6 is a schematic plot of vertical voxel dimensions versus reciprocal of writing speed at fixed multiphoton curing conditions for a hypothetical photocurable composition exhibiting negative contrast. ガウス・ラゲールモードTEM01 のレーザー光線の断面図である。It is a cross-sectional view of a Gauss-Laguerre mode TEM 01 * of the laser beam. ガウス・ラゲールモードTEM10のレーザー光線の断面図である。 1 is a cross-sectional view of a laser beam of a Gauss-Laguerre mode TEM 10 . 実施例においてz方向の閾値書き込み速度及びボクセル高さを決定するのに使用される、2光子露光条件下でレーザーにより書き込まれた2次元の15本線パターンの概略図である。範囲中央の線のz軸位置が、ウエハ−フォトレジスト界面に設定されている。FIG. 3 is a schematic diagram of a two-dimensional 15-line pattern written by a laser under two-photon exposure conditions used to determine the threshold writing speed and voxel height in the z-direction in the examples. The z-axis position of the center line of the range is set at the wafer-photoresist interface. 実施例1及び2の造影曲線を示すグラフである。3 is a graph showing contrast curves of Examples 1 and 2. 実施例3及び4の造影曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of Example 3 and 4. 実施例3及び比較実施例Aの造影曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of Example 3 and Comparative Example A. 実施例5〜7及び比較実施例Aの造影曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of Examples 5-7 and Comparative Example A. 実施例8及び比較実施例Aの造影曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of Example 8 and Comparative Example A. 実施例2及び9の造影曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of Example 2 and 9. 実施例10により生成された3D形状を示す走査型電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。10 is a photomicrograph of a scanning electron microscope (SEM) showing a 3D shape generated by Example 10. FIG. 実施例10により生成された3D形状を示す走査型電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。10 is a photomicrograph of a scanning electron microscope (SEM) showing a 3D shape generated by Example 10. FIG. 実施例11の造影曲線を示すグラフである。10 is a graph showing a contrast curve of Example 11.

上記の図面には本開示のいくつかの実施形態が記載されているが、例えば、考察の中で記述したように、その他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は代表して提示されるものであって、限定するものではない。本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる他の多くの改変例及び実施形態が当業者によって考案されうる点は理解されるはずである。図は、縮尺どおりに描かれていない場合もある。同様の参照番号が、同様の部分を示すために複数の図を通じて使用されている場合がある。   While several embodiments of the present disclosure have been described in the above drawings, other embodiments are possible, for example as described in the discussion. In all cases, this disclosure is presented by way of representation and not limitation. It should be understood that many other modifications and embodiments within the scope and spirit of the present disclosure can be devised by those skilled in the art. The figures may not be drawn to scale. Like reference numbers may be used throughout the figures to indicate like parts.

本開示の実践に有用な光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、多光子光開始剤系と、典型的にはフリーラジカル重合阻害剤(例えば、有機フリーラジカル重合阻害剤、又は無機フリーラジカル重合阻害剤(例えば酸素など))とを含む。   Photocurable compositions useful in the practice of the present disclosure include a free-radically polymerizable compound, a multiphoton photoinitiator system, and typically a free radical polymerization inhibitor (eg, an organic free radical polymerization inhibitor, or And an inorganic free radical polymerization inhibitor (for example, oxygen).

本開示の1つ以上の実施形態に使用できるフリーラジカル重合可能な化合物の例としては、モノ−及びポリ−アクリレート及び/又はメタクリレートが含まれ、例えば、アリルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,3−プロパンジオールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノアクリレートモノメタクリレート、アルコキシル化脂肪族ジアクリレート、アルコキシル化シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、アルコキシル化ヘキサンジオールジアクリレート、アルコキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ビス[1−(2−アクリロキシ)]−p−エトキシフェニルジメチルメタン、ビス[1−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシ)]−p−プロポキシフェニルジメチルメタン、1,2,4−ブタントリオールトリメタクリレート、カプロラクトン修飾ネオペンチルグリコールヒドロキシピバレートジアクリレート、(メタ)アクリレート化モノマー及びオリゴマーの共重合可能な混合物、ジエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、エトキシル化(10)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシル化(3)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシル化(30)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシル化(4)ビスフェノールAジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、グリコールヒドロキシピバレートジアクリレート、ヒドロキシピバルアルデヒド修飾トリメチロールプロパンジアクリレート、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジアクリレート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、1モル当たり分子量約200〜500グラムのポリエチレングリコールのビス−アクリレート及びビス−メタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、エトキシル化トリアクリレート(例えば、エトキシル化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化(9)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化(20)トリメチロールプロパントリアクリレート)、ペンタエリスリトールトリアクリレート、プロポキシル化トリアクリレート(例えば、プロポキシル化(3)グリセリルトリアクリレート、プロポキシル化(5.5)グリセリルトリアクリレート、プロポキシル化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシル化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリメタクリレート、不飽和アミド(例えば、メチレンビス−アクリルアミド、メチレンビス−メタクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−アクリルアミド、ジエチレントリアミントリス−アクリルアミド、及びβ−メタクリルアミドエチルメタクリレート)、及びこれらの組み合わせ;並びにビニル化合物(例えばスチレン、ジアリルフタレート、ジビニルスクシネート、ジビニルアジペート、及びジビニルフタレート、及びこれらの組み合わせを含む);並びにこれらの組み合わせが挙げられる。他の有用なフリーラジカル重合可能な化合物には、(メタ)アクリレート化オリゴマー及びポリマーが挙げられる。   Examples of free-radically polymerizable compounds that can be used in one or more embodiments of the present disclosure include mono- and poly-acrylates and / or methacrylates, such as allyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl methacrylate, methyl acrylate. , Methyl methacrylate, n-hexyl acrylate, stearyl acrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,3-propanediol diacrylate, 1,3-propanediol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1, 4-cyclohexanedimethanol diacrylate, 1,4-cyclohexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol monoacrylate monomethacrylate , Alkoxylated aliphatic diacrylate, alkoxylated cyclohexanedimethanol diacrylate, alkoxylated hexanediol diacrylate, alkoxylated neopentyl glycol diacrylate, bis [1- (2-acryloxy)]-p-ethoxyphenyldimethylmethane, bis [1- (3-acryloxy-2-hydroxy)]-p-propoxyphenyldimethylmethane, 1,2,4-butanetriol trimethacrylate, caprolactone modified neopentyl glycol hydroxypivalate diacrylate, (meth) acrylated monomer and Oligomer copolymerizable mixture, diethylene glycol diacrylate, dipropylene glycol diacrylate, ethoxylated (10) bisphenol A diacrylate Ethoxylated (3) bisphenol A diacrylate, ethoxylated (30) bisphenol A diacrylate, ethoxylated (4) bisphenol A diacrylate, ethylene glycol diacrylate, glycerol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, glycol hydroxypivalate di Acrylate, hydroxypivalaldehyde modified trimethylolpropane diacrylate, polyethylene glycol (200) diacrylate, polyethylene glycol (400) diacrylate, polyethylene glycol (600) diacrylate, propoxylated neopentyl glycol diacrylate, molecular weight per mole About 200-500 grams of polyethylene glycol bis-acrylate and bis-methacrylate , Tricyclodecane dimethanol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, glycerol triacrylate, ethoxylated triacrylate (eg , Ethoxylated (3) trimethylolpropane triacrylate, ethoxylated (6) trimethylolpropane triacrylate, ethoxylated (9) trimethylolpropane triacrylate, ethoxylated (20) trimethylolpropane triacrylate), pentaerythritol triacrylate , Propoxylated triacrylates (eg propoxylated (3) glyceryl triacrylates) Rate, propoxylated (5.5) glyceryl triacrylate, propoxylated (3) trimethylolpropane triacrylate, propoxylated (6) trimethylolpropane triacrylate), pentaerythritol tetraacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, sorbitol Hexaacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tris (hydroxyethyl) isocyanurate trimethacrylate, unsaturated amide (eg, methylene bis-acrylamide, methylene bis-methacrylamide, 1,6-hexamethylene bis-acrylamide, diethylenetriamine tris-acrylamide, and β-methacrylamideamidomethacrylate), and combinations thereof; and vinyl compounds (eg, Styrene, diallyl phthalate, divinyl succinate, divinyl adipate, and divinyl phthalate, and combinations thereof); and combinations thereof. Other useful free radical polymerizable compounds include (meth) acrylated oligomers and polymers.

好適な(メタ)アクリレート化ポリマーには、例えばポリマー鎖当たり1〜約50個の(メタ)アクリレート基を有する、アクリレート及び/又はメタクリレートペンダント基を備えたポリマーが挙げられる。そのようなポリマーの例としては、例えばSartomer Co.(Exton、Pennsylvania)から販売されている商品名「SARBOX」(例えばSARBOX 400、401、402、404、及び405)などの芳香族酸(メタ)アクリレート半エステル樹脂が挙げられる。フリーラジカル化学により硬化可能なその他の有用な反応性ポリマーとしては、米国特許番号第5,235,015号(Aliら)に記載されたものなどのそれに結合されたフリーラジカル重合可能な官能性を有するヒドロカルビル主鎖及びペプチドペンダント基を含有するこれらのポリマー類が挙げられる。2つ以上のモノマー、オリゴマー、及び/又は反応性ポリマーの混合物を、所望に応じて使用することができる。代表的なエチレン不飽和性の化学種には、アクリレート、芳香族酸(メタクリレート)アクリレート半エステル樹脂、及び、ヒドロカルビル主鎖と、ラジカル重合化可能な官能性を付与されたペプチドペンダント基とを有するポリマーが挙げられる。   Suitable (meth) acrylated polymers include, for example, polymers with acrylate and / or methacrylate pendant groups having from 1 to about 50 (meth) acrylate groups per polymer chain. Examples of such polymers include, for example, Sartomer Co. And aromatic acid (meth) acrylate half ester resins such as “SARBOX” (eg, SARBOX 400, 401, 402, 404, and 405) sold by (Exton, Pennsylvania). Other useful reactive polymers curable by free radical chemistry include free radical polymerizable functionalities attached thereto such as those described in US Pat. No. 5,235,015 (Ali et al.). These polymers include hydrocarbyl backbones with peptide pendant groups. Mixtures of two or more monomers, oligomers, and / or reactive polymers can be used as desired. Typical ethylenically unsaturated species include acrylates, aromatic acid (methacrylate) acrylate half-ester resins, and hydrocarbyl backbones and peptide pendant groups that are functionalized with radical polymerization. Polymers.

多光子光開始剤系は、光源からの光の少なくとも2つの光子を同時に吸収し、光硬化性組成物中のフリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合を開始できるフリーラジカルを生成する。多光子光開始剤系により、光の集束光線の焦点領域に重合化を制限又は限定することが可能となる。このような系は、少なくとも1つの多光子光増感剤と、少なくとも1つの光開始剤(又は電子受容体)と、任意に少なくとも1つの電子供与体と、を含む1成分系、2成分系、又は3成分系を含み得る。このような多成分系は感度の向上をもたらすことができ、光反応をより短い期間で成し遂げることが可能であり、それによって、サンプル及び/又は露光システムの1つ以上の成分の動きに起因する問題が生じる可能性が減じられる。この多光子光開始剤系は、少なくとも2つの光子を同時に吸収することができ、かつ所望により、フルオレセインよりも大きな2光子吸収断面積を有する、少なくとも1つの多光子吸収性化合物の光化学的有効量を、有利なように含み得る。   A multi-photon photoinitiator system simultaneously absorbs at least two photons of light from a light source and generates free radicals that can initiate free radical polymerization of free radically polymerizable compounds in the photocurable composition. The multi-photon photoinitiator system makes it possible to limit or limit the polymerization to the focal region of the focused beam of light. Such a system is a one-component, two-component system comprising at least one multiphoton photosensitizer, at least one photoinitiator (or electron acceptor) and optionally at least one electron donor. Or a three-component system. Such multi-component systems can provide improved sensitivity and can achieve a light response in a shorter period of time, thereby resulting in movement of one or more components of the sample and / or exposure system. The potential for problems is reduced. The multiphoton photoinitiator system is capable of simultaneously absorbing at least two photons, and optionally has a photochemically effective amount of at least one multiphoton absorbing compound having a two-photon absorption cross-section greater than fluorescein. May be advantageously included.

いくつかの実施形態において、この多光子光開始剤系は、フリーラジカル重合のためのタイプI光開始剤を含む1成分系であり得る。タイプI光開始剤は、光の吸収により単分子結合開裂反応を本質的に起こし、これによりフリーラジカルを生じるものとして定義される。好適なタイプI光開始剤には、例えば、ベンゾインエーテル(例えばベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインn−ブチルエーテル)、ベンジルケタル(例えば、Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown、New York)からIRGACURE 651として販売されている2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン);α−置換アセトフェノン誘導体(例えば、Ciba Specialty ChemicalsからDAROCUR 1173として販売されている2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパノン);及びCiba Specialty ChemicalsからIRGACURE 184として販売されている1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン;Ciba Specialty Chemicals CorporationからIRGACURE 907として販売されている2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノプロパン−1−オン;Ciba Specialty Chemicals CorporationからIRGACURE 369として販売されている2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン;並びにアシルホスフィンオキシド(例えば、Ciba Specialty ChemicalsからIRGACURE 819として販売されているビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド、及びBASF Corp.(Florham Park、New Jersey)からLUCIRIN TPO−Lとして販売されている2,4,6−トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシド)、並びにモノ−及びビス−アシルホスフィン(例えばCiba Specialty ChemicalsからIRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850、IRGACURE 819 IRGACURE 2005、IRGACURE 2010、IRGACURE 2020及びDAROCUR 4265として販売されているもの);並びにオリゴマー光開始剤(例えば、Lamberti SpA(Gallarate、Italy)から販売されているESACURE KIP 100、又はCiba−Geigy(Lautertal、Germany)から販売されているIRGACURE 651)が挙げられる。2種類以上の光反応開始剤の組み合せを使用することもできる。更に、例えば2−イソプロピルチオキサントンなどの増感剤を、「IRGACURE 369」などの光開始剤と共に使用することができる。   In some embodiments, the multi-photon photoinitiator system can be a one-component system that includes a Type I photoinitiator for free radical polymerization. A type I photoinitiator is defined as one that essentially undergoes a single molecule bond cleavage reaction by absorption of light, thereby producing a free radical. Suitable Type I photoinitiators include, for example, benzoin ether (eg, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin n-butyl ether), benzyl ketal (eg, IRGACURE 651 from Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, New York)). 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one); α-substituted acetophenone derivatives (for example, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl sold by Ciba Specialty Chemicals as DAROCUR 1173) -1-propanone); and 1-hydroxysilane sold as IRGACURE 184 by Ciba Specialty Chemicals Chlohexyl phenyl ketone; 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one sold as IRGACURE 907 from Ciba Specialty Chemicals Corporation; IRGACURE 36 sold as Ciba Specialty Chemicals Corporation 2-benzyl-2- (dimethylamino) -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1-butanone; and acylphosphine oxide (eg, bis (2 sold by IRBACURE 819 from Ciba Specialty Chemicals) , 4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide, and BASF Corp. (Fl 2,4,6-trimethylbenzoylethoxyphenylphosphine oxide sold as LUCIRIN TPO-L by rham Park, New Jersey), and mono- and bis-acylphosphines (eg IRGACURE 1700, IRGACURE 1800 from Ciba Specialty Chemicals) IRGACURE 1850, IRGACURE 819 IRGACURE 2005, IRGACURE 2010, IRGACURE 2020, and DAROCUR 4265); and oligomeric photoinitiators (eg, ESACU from Galbert, Italy 100 -Geigy ( autertal, IRGACURE 651) and the like sold by Germany). A combination of two or more photoinitiators can also be used. In addition, sensitizers such as 2-isopropylthioxanthone can be used with photoinitiators such as “IRGACURE 369”.

いくつかの実施形態において、多光子光開始剤系は、2成分系(例えば、電子供与体と光開始剤の組み合わせ)又は3成分系(例えば、電子供与体、増感剤及び光開始剤の組み合わせ)であり得る。2成分及び3成分多光子光開始剤系において有用な多光子光増感剤、電子供与体、及び光開始剤(又は電子受容体)について以下に説明する。   In some embodiments, the multiphoton photoinitiator system is a two-component system (eg, a combination of an electron donor and a photoinitiator) or a three-component system (eg, an electron donor, a sensitizer, and a photoinitiator). Combination). Multiphoton photosensitizers, electron donors, and photoinitiators (or electron acceptors) useful in two-component and three-component multiphoton photoinitiator systems are described below.

多光子光増感剤は、当該技術分野において既知であり、比較的大きい多光子吸収断面積を有する例示的実施例は、例えば米国特許第6,267,913号(Marderら)に一般に記載されている。光増感剤の2光子吸収断面積は、フルオレセインの約1.5倍超、フルオレセインの約2倍超、フルオレセインの約3倍超、又は更にはフルオレセインの約4倍超であり得る。いくつかの実施形態において、光増感剤はフリーラジカル重合可能な化合物に可溶性であり(例えば、フリーラジカル重合可能な化合物が液体の場合)、あるいは、組成物に含まれるフリーラジカル重合可能な化合物及び任意の結合剤(例えば、以下に記載されるもの)と相溶性である。増感剤は、1つには貯蔵安定性を考慮して選択することもできる。したがって、特定の光増感剤の選択は、利用する特定のフリーラジカル重合可能な化合物に(並びに電子供与体化合物及び/又は光開始剤の選定に)ある程度依存し得る。   Multiphoton photosensitizers are known in the art, and exemplary embodiments having relatively large multiphoton absorption cross sections are generally described, for example, in US Pat. No. 6,267,913 (Marder et al.). ing. The photosensitizer can have a two-photon absorption cross-section greater than about 1.5 times that of fluorescein, more than about 2 times that of fluorescein, more than about 3 times that of fluorescein, or even more than about 4 times that of fluorescein. In some embodiments, the photosensitizer is soluble in a free-radically polymerizable compound (eg, when the free-radically polymerizable compound is a liquid) or a free-radically polymerizable compound included in the composition And is compatible with any binder (eg, those described below). One of the sensitizers can be selected in consideration of storage stability. Thus, the choice of a particular photosensitizer may depend to some extent on the particular free radical polymerizable compound utilized (and the choice of electron donor compound and / or photoinitiator).

特に有用な多光子光増感剤としては、ローダミンB(すなわち、N−[9−(2−カルボキシフェニル)−6−(ジエチルアミノ)−3H−キサンテン−3−イリデン]−N−エチルエタンアミニウムクロライド又はヘキサフルオロアンチモネート)、並びに、例えばMarder及びPerryらによって国際公開特許第WO 98/121521号及び同第99/53242号に記載されている4つの種別の光増感剤など、大きな多光子吸収断面積を呈するものが挙げられる。4つのクラスは、(a)2つの供与体が共役π電子架橋に結合された分子、(b)2つの供与体が1つ以上の電子求引基で置換された共役π電子架橋に結合された分子、(c)2つの受容体が共役π電子架橋に結合された分子、及び(d)2つの受容体が、1つ以上の電子供与性基で置換されている共役π電子架橋に結合された分子(ここで、「架橋」とは、2つ以上の化学基を結合する分子断片を意味し、「供与体」とは、共役π電子架橋に結合され得る低イオン化電位を有する原子又は原子団を意味し、「受容体」とは、共役π電子架橋に結合され得る高電子親和力を有する原子又は原子団を意味する)として説明することができる。その他の有用な光増感剤が、Reinhardtらの米国特許第6,100,405号、同第5,859,251号、及び同第5,770,737号において、大きな多光子吸収断面積を有するものとして述べられているが、これらの断面積は上記以外の方法で決定されたものである。   Particularly useful multiphoton photosensitizers include rhodamine B (ie, N- [9- (2-carboxyphenyl) -6- (diethylamino) -3H-xanthen-3-ylidene] -N-ethylethaneaminium). Chloride or hexafluoroantimonate) and large multiphotons such as, for example, four types of photosensitizers described by Marder and Perry et al. In International Patent Publication Nos. WO 98/121521 and 99/53242. The thing which exhibits an absorption cross-sectional area is mentioned. The four classes are: (a) a molecule in which two donors are bonded to a conjugated π-electron bridge, (b) a bond to a conjugated π-electron bridge in which two donors are substituted with one or more electron withdrawing groups. (C) a molecule in which two receptors are bonded to a conjugated π-electron bridge, and (d) a bond in which two receptors are substituted with one or more electron-donating groups. Molecules (wherein “bridge” means a molecular fragment that binds two or more chemical groups, and “donor” means an atom or a low ionization potential that can be attached to a conjugated π-electron bridge) It means an atomic group and “acceptor” can be described as an atom or atomic group having a high electron affinity that can be bound to a conjugated π-electron bridge. Other useful photosensitizers are described in US Pat. Nos. 6,100,405, 5,859,251, and 5,770,737 to Reinhardt et al. With large multiphoton absorption cross sections. These cross-sectional areas are determined by methods other than those described above.

光硬化性組成物の多光子光開始剤系に有用な電子供与体化合物は、電子を光増感剤の電子励起状態に供与できるこれらの化合物(光増感剤自体以外)である。そのような化合物は、任意選択により、光開始剤系の多光子感光性を増大させ、それによって光硬化性組成物の光反応を成し遂げるのに必要な露光を減少させるために使用することができる。電子供与体化合物は、ゼロよりも大きく、かつp−ジメトキシベンゼンの酸化電位以下である酸化電位を有し得る。いくつかの実施形態において、酸化電位は、標準飽和カロメル電極(「S.C.E.」)に対して約0.3〜1ボルトである。   Electron donor compounds useful in the multiphoton photoinitiator system of the photocurable composition are those compounds (other than the photosensitizer itself) that can donate electrons to the electronically excited state of the photosensitizer. Such compounds can optionally be used to increase the multiphoton photosensitivity of the photoinitiator system, thereby reducing the exposure required to effect the photoreaction of the photocurable composition. . The electron donor compound may have an oxidation potential that is greater than zero and less than or equal to that of p-dimethoxybenzene. In some embodiments, the oxidation potential is about 0.3-1 volt relative to a standard saturated calomel electrode ("SCEE").

電子供与体化合物は典型的に、光硬化性組成物に可溶性であるが、ただしこれは要件ではなく、貯蔵安定性もある程度考慮して(上述のように)選択することができる。好適な電子供与体は一般に、所望の波長の光に露光すると、光硬化性組成物の硬化速度又は画像密度を増加させることが可能である。   The electron donor compound is typically soluble in the photocurable composition, but this is not a requirement and can be selected with some consideration of storage stability (as described above). Suitable electron donors are generally capable of increasing the cure rate or image density of the photocurable composition when exposed to light of the desired wavelength.

一般に、特定の光増感剤及び光開始剤と共に使用するのに好適な電子供与体化合物は、(例えば、米国特許第4,859,572号(Faridら)において記載されている)3つの成分の酸化電位及び還元電位を比較することによって選択することができる。   In general, electron donor compounds suitable for use with certain photosensitizers and photoinitiators are three component (eg, described in US Pat. No. 4,859,572 (Farid et al.)). Can be selected by comparing the oxidation potential and the reduction potential.

好適な電子供与体化合物には、例えば、アミン(トリエタノールアミン、ヒドラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、トリフェニルアミン(及びそのトリフェニルホスフィン及びトリフェニルアルシン類似体)、アミノアルデヒド、アミノシランを含む)、アミド(ホスホルアミドを含む)、エーテル(チオエーテルを含む)、尿素(チオ尿素を含む)、スルフィン酸及びその塩、フェロシアン化物塩、アスコルビン酸及びその塩、ジチオカルバミド酸及びその塩、キサントゲン酸塩、エチレンジアミン四酢酸塩、(アルキル)(アリール)ホウ酸塩(n+m=4)(例えばテトラアルキルアンモニウム塩)、様々な有機金属の化合物、例えばSnR化合物(式中、Rは独立してアルキル、アラルキル(特にベンジル)、アリール、及びアルカリル基から選択される)(例えば、n−CSn(CH、(アリル)Sn(CH、及び(ベンジル)Sn(n−Cなどの化合物)、フェロセン、及びこれらの混合物が挙げられる。電子供与体化合物は、未置換とすることができ、又は、1つ以上の非妨害置換基で置換することもできる。いくつかの実施形態において、好適な電子供与体化合物は、電子供与体原子(窒素原子、酸素原子、リン原子、又はイオウ原子など)と、電子供与体原子に対してアルファ位置にある炭素原子又はケイ素原子に結合された除去可能な水素原子とを含む。 Suitable electron donor compounds include, for example, amines (triethanolamine, hydrazine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, triphenylamine (and its triphenylphosphine and triphenylarsine analogs), Amino aldehyde, amino silane), amide (including phosphoramide), ether (including thioether), urea (including thiourea), sulfinic acid and its salt, ferrocyanide salt, ascorbic acid and its salt, dithiocarbamic acid And its salts, xanthates, ethylenediaminetetraacetates, (alkyl) n (aryl) m borates (n + m = 4) (eg tetraalkylammonium salts), various organometallic compounds such as SnR 4 compounds (formulas) R is independently alkyl, aralkyl (especially ben Jill), aryl, and alkaryl groups) (e.g., n-C 3 H 7 Sn (CH 3) 3, ( allyl) Sn (CH 3) 3, and (benzyl) Sn (n-C 3 H 7 ) Compounds such as 3 ), ferrocene, and mixtures thereof. The electron donor compound can be unsubstituted or substituted with one or more non-interfering substituents. In some embodiments, suitable electron donor compounds include an electron donor atom (such as a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom, or a sulfur atom) and a carbon atom that is alpha to the electron donor atom or A removable hydrogen atom bonded to a silicon atom.

光硬化性組成物に使用するのに好適な光開始剤(すなわち、電子受容体化合物)は、電子励起状態の多光子光増感剤から電子を受容し、結果として、少なくとも1つのフリーラジカル及び/又は酸が形成されることによって増感されることが可能な光開始剤である。そのような光開始剤としては、ヨードニウム塩(例えば、ジアリールヨードニウム塩)、スルホニウム塩(例えば、所望によりアルキル基又はアルコキシ基で置換されており、また場合によっては、隣接アリール部分を橋架けしている2,2’−オキシ基を有するトリアリールスルホニウム塩)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好適なヨードニウム塩には、米国特許第5,545,676号(Palazzottoら)に記載されるものが挙げられる。ヨードニウム塩は例えば、単塩(例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物、若しくはベンゼンスルホネートなどのアニオンを含む)又は金属錯塩(例えばSbF 、PF 、BF 、テトラキス(ペルフルオロフェニル)ホウ酸塩、SbFOH、若しくはAsF を含む)であり得る。所望により、ヨードニウム塩の混合物を使用することができる。 Suitable photoinitiators (ie, electron acceptor compounds) for use in the photocurable composition accept electrons from an electronically excited multiphoton photosensitizer, resulting in at least one free radical and A photoinitiator that can be sensitized by the formation of acid. Such photoinitiators include iodonium salts (eg, diaryl iodonium salts), sulfonium salts (eg, optionally substituted with alkyl or alkoxy groups, and optionally bridge adjacent aryl moieties). And triarylsulfonium salts having a 2,2′-oxy group), and combinations thereof. Suitable iodonium salts include those described in US Pat. No. 5,545,676 (Palazzott et al.). Iodonium salts include, for example, simple salts (eg, containing anions such as chloride, bromide, iodide, or benzenesulfonate) or metal complexes (eg, SbF 6 , PF 6 , BF 4 , tetrakis (perfluorophenyl) borane. Acid salt, SbF 5 OH , or AsF 6 ). If desired, a mixture of iodonium salts can be used.

多光子光開始剤系は典型的に、光硬化性組成物に可溶性でありかつ貯蔵安定性(すなわち、光硬化性組成物の反応を自発的に促進しない)であるように選択されるが、これらは要件ではない。したがって、特定の多光子光開始剤系の選択は、ある程度、具体的な光硬化性組成物に依存し得る。   The multiphoton photoinitiator system is typically selected to be soluble in the photocurable composition and storage stable (ie, not spontaneously promoting the reaction of the photocurable composition) These are not requirements. Thus, the selection of a particular multiphoton photoinitiator system may depend to some extent on the specific photocurable composition.

多光子光開始剤系の構成成分は、溶媒などの揮発性構成要素を除去した後、光化学的有効量で存在する。一般に、光硬化性組成物は、少なくとも約5重量パーセント(例えば、少なくとも約10重量パーセント又は少なくとも約20重量パーセント)から、最高99.79重量パーセント(例えば、最高約95重量パーセント又は最高約80重量パーセント)の1つ以上のフリーラジカル重合可能な化合物を含み;少なくとも約0.01重量パーセント(例えば、少なくとも約0.1重量パーセント又は少なくとも約0.2重量パーセント)から、最高10重量パーセント(例えば、最高約5重量パーセント又は最高約2重量パーセント)の多光子光開始剤系を含むが、他の量も使用可能である。例えば、2成分系及び3成分系の多光子光開始剤系において、光硬化性組成物の合計固形物重量に基づき、最高約10重量パーセント(例えば、最高約5重量パーセント)の1つ以上の電子供与体化合物(例えば、少なくとも約0.1重量パーセント又は約0.1〜約5重量パーセント);最高10重量パーセント(例えば、最高約5重量パーセント)の光増感剤(例えば、少なくとも約0.001重量パーセント〜1重量パーセント);並びに、約0.1重量パーセント〜約10重量パーセントの1つ以上の電子供与体化合物(例えば、約0.1〜約5重量パーセント)を含むが、他の量も使用可能である。有機フリーラジカル阻害剤が存在する実施形態においては、その有効量が存在し得る。いくつかの実施形態において、光硬化性組成物の重量に基づき、有機フリーラジカル阻害剤は、約0.01〜約2重量パーセント、約0.01〜約0.75重量パーセント、又は約0.1〜約0.5重量パーセントの量で存在するが、他の量も使用することができる。   The components of the multiphoton photoinitiator system are present in a photochemically effective amount after removing volatile components such as solvents. Generally, the photocurable composition can be from at least about 5 weight percent (eg, at least about 10 weight percent or at least about 20 weight percent) up to 99.79 weight percent (eg, up to about 95 weight percent or up to about 80 weight percent). Percent) of one or more free-radically polymerizable compounds; from at least about 0.01 weight percent (eg, at least about 0.1 weight percent or at least about 0.2 weight percent) to up to 10 weight percent (eg, , Up to about 5 weight percent or up to about 2 weight percent) multiphoton photoinitiator systems, although other amounts can be used. For example, in two-component and three-component multiphoton photoinitiator systems, up to about 10 weight percent (eg, up to about 5 weight percent) of one or more based on the total solid weight of the photocurable composition An electron donor compound (eg, at least about 0.1 weight percent or about 0.1 to about 5 weight percent); up to 10 weight percent (eg, up to about 5 weight percent) photosensitizer (eg, at least about 0 .001 weight percent to 1 weight percent); and about 0.1 weight percent to about 10 weight percent of one or more electron donor compounds (eg, about 0.1 to about 5 weight percent), but others The amount of can also be used. In embodiments where an organic free radical inhibitor is present, an effective amount thereof may be present. In some embodiments, based on the weight of the photocurable composition, the organic free radical inhibitor is about 0.01 to about 2 weight percent, about 0.01 to about 0.75 weight percent, or about 0.0. It is present in an amount of 1 to about 0.5 weight percent, although other amounts can be used.

2成分系及び3成分系の光開始剤系に関する更なる詳細は、米国特許第8,004,767 B2号(DeVoeら)に見出すことができる。   Further details regarding two-component and three-component photoinitiator systems can be found in US Pat. No. 8,004,767 B2 (DeVoe et al.).

光硬化性組成物は、所望による構成成分を更に含んでよく、例えば、1つ以上のポリマー結合剤、安定化剤、香料、充填剤、チキソトロピー剤、着色剤、フリーラジカル熱開始剤、モノヒドロキシ及びポリヒドロキシ化合物、可塑剤、強化剤、充填剤、研磨粒子、安定化剤、光安定化剤、酸化防止剤、流動化剤、増稠剤、つや消し剤、着色剤、膨張剤、抗真菌剤、殺菌剤、界面活性剤、充填剤(例えば、ガラス及びセラミックビーズ、並びに、有機及び無機の織布及び不織布ウェブなどの補強材料)が挙げられ得る。   The photocurable composition may further comprise optional components such as one or more polymer binders, stabilizers, fragrances, fillers, thixotropic agents, colorants, free radical thermal initiators, monohydroxys. And polyhydroxy compounds, plasticizers, reinforcing agents, fillers, abrasive particles, stabilizers, light stabilizers, antioxidants, fluidizers, thickeners, matting agents, colorants, swelling agents, antifungal agents , Fungicides, surfactants, fillers such as glass and ceramic beads, and reinforcing materials such as organic and inorganic woven and nonwoven webs.

いくつかの実施形態において、光硬化性組成物は、例えば、粘度を制御しかつフィルム形成特性を提供するためのポリマー結合剤を含む。そのようなポリマー結合剤は概ね、フリーラジカル重合可能な化合物と相溶性となるように選択することができる。例えば、フリーラジカル重合可能な化合物に使用されているものと同じ溶媒に相溶性であり、かつフリーラジカル重合可能な化合物の反応経路に悪影響を与え得る官能基を含まないようなポリマー結合剤を、使用することができる。結合剤は、望ましいフィルム形成性及び溶液レオロジーを達成するのに好適な分子量であり得る(例えば、約5,000〜1,000,000ダルトン、約10,000〜500,000ダルトン、又は約15,000〜250,000ダルトンの分子量)。好適な高分子結合剤としては、例えば、ポリスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(スチレン)−co−(アクリロニトリル)、及びセルロースアセテートブチラートが挙げられる。   In some embodiments, the photocurable composition includes a polymeric binder, for example, to control viscosity and provide film-forming properties. Such polymeric binders can generally be selected to be compatible with free radically polymerizable compounds. For example, a polymer binder that is compatible with the same solvent used for the free radical polymerizable compound and does not contain a functional group that can adversely affect the reaction pathway of the free radical polymerizable compound, Can be used. The binder may be of a molecular weight suitable to achieve the desired film formability and solution rheology (eg, about 5,000 to 1,000,000 daltons, about 10,000 to 500,000 daltons, or about 15 , 20,000-250,000 dalton molecular weight). Suitable polymeric binders include, for example, polystyrene, poly (methyl methacrylate), poly (styrene) -co- (acrylonitrile), and cellulose acetate butyrate.

いくつかの実施形態において、光硬化性組成物は、約30重量パーセントのポリ(メチルメタクリレート)(120,000グラム/モル)、約35重量パーセントのエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート(Sartomer Co.,Inc.(Exton、Pennsylvania)からSR−9008として販売)、及び約35重量パーセントのトリス−(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレートを含み得る。   In some embodiments, the photocurable composition comprises about 30 weight percent poly (methyl methacrylate) (120,000 grams / mole), about 35 weight percent ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (Sartomer Co., Ltd.). Inc. (sold as SR-9008 from Exton, Pennsylvania), and about 35 weight percent tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate.

光硬化性組成物は、例えば、早期の光硬化性組成物の硬化を引き起こし得る望ましくない単光子開始光重合を防ぐため、適切な「安全光」の条件下で、当該技術分野において既知の方法を用いて(例えば撹拌又は振盪を用いて)一緒に混合することにより、上記の構成成分を合わせることによって形成することができる。光硬化性組成物の構成成分は、「安全光」の条件下で、混合の任意の順序及び方法を使用して(任意に、撹拌又は振盪を用いて)混合することができるが、場合によっては(貯蔵寿命及び熱安定性の観点から)光開始剤を最後に(かつ、他の構成成分の溶解を促進するために任意に用いられる加熱工程の後に)添加するのが有利である。溶媒を組成物の構成成分と目に付くほど反応しないように選定するという条件で、所望により溶媒を使用することができる。好適な溶媒として、例えば、アセトン、ジクロロメタン、シクロペンタノン、及びアセトニトリルが挙げられる。フリーラジカル重合可能な化合物は、場合により、他の構成成分の溶媒の役割を果たし得る。   The photocurable composition is a method known in the art under appropriate “safe light” conditions, for example, to prevent undesired single photon initiated photopolymerization that can cause premature curing of the photocurable composition. Can be formed by combining the above components by mixing together using, for example, stirring or shaking. The components of the photocurable composition can be mixed using any order and method of mixing (optionally with stirring or shaking) under “safe light” conditions, but in some cases Is advantageously added (in terms of shelf life and thermal stability) at the end (and after a heating step optionally used to promote dissolution of the other components). A solvent can be used as desired, provided that the solvent is chosen so that it does not react appreciably with the components of the composition. Suitable solvents include, for example, acetone, dichloromethane, cyclopentanone, and acetonitrile. The free-radically polymerizable compound can optionally serve as a solvent for other components.

光硬化性組成物は、例えば、液体又は固体などの任意の形態で存在し得る。光線露光に先立って、光硬化性組成物を、所望により、当業者に既知の種々のコーティング方法(例えば、ナイフコーティング及びスピンコーティングを含む)のうちのいずれかを用いて基材上にコーティングすることができる。基材は、様々なフィルム、シート、及び他の表面材(シリコンウエハ及びガラスプレートを含む)から、特定の用途及び利用する露光の方法に応じて選定することができる。基材の多光子硬化性光硬化性組成物によるコーティングに先立って、シラン基及び光硬化性組成物と類似する官能基を含む化合物などの好適な化合物で、基材をプライミングしてもよい。好適なプライマーには、例えば、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートが挙げられる。有用な基材は有利には、均一な厚さを有する光硬化性組成物の層を調製することができるよう、十分に平坦であり得る。コーティングがさほど望ましくない用途の場合、光硬化性組成物をバルク形態で露光させることができる。   The photocurable composition may be present in any form such as, for example, a liquid or a solid. Prior to light exposure, the photocurable composition is optionally coated onto the substrate using any of a variety of coating methods known to those skilled in the art, including, for example, knife coating and spin coating. be able to. The substrate can be selected from a variety of films, sheets, and other surface materials (including silicon wafers and glass plates) depending on the particular application and the method of exposure utilized. Prior to coating the substrate with the multiphoton curable photocurable composition, the substrate may be primed with a suitable compound, such as a compound containing a silane group and a functional group similar to the photocurable composition. Suitable primers include, for example, 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate. Useful substrates can advantageously be sufficiently flat so that a layer of photocurable composition having a uniform thickness can be prepared. For applications where coating is less desirable, the photocurable composition can be exposed in bulk form.

本明細書で実施される多光子光硬化には、ある体積領域の光硬化性組成物の不溶化が生じる(例えば、これにより1つ以上のボクセルが生じる)程度にまで進行する、光硬化性組成物中のフリーラジカル重合可能構成成分のフリーラジカル重合が含まれる。典型的にこれは、多官能基フリーラジカル重合可能モノマーが光硬化性組成物中に含まれている場合に起こる架橋ポリマーネットワークの形成によって生じるが、ただし他の要素も影響を及ぼす可能性がある。不溶化は典型的に、重合/架橋の度合に依存し、よって光硬化性組成物は、ある程度の重合が起こっても不溶(例えば、硬化状態)にはならない可能性があることに注意されたい。更なる不溶化は、現像条件(例えば、すすぎ溶媒及び/又は温度)の具体的な選択にも依存し得る。   The multi-photon photocuring practiced herein is a photocurable composition that progresses to the extent that insolubilization of a volume region of the photocurable composition occurs (eg, thereby producing one or more voxels). Free radical polymerization of free radical polymerizable components in the product is included. Typically this is caused by the formation of a crosslinked polymer network that occurs when a multifunctional free radical polymerizable monomer is included in the photocurable composition, although other factors may also affect it. . It should be noted that insolubilization typically depends on the degree of polymerization / crosslinking, so that the photocurable composition may not become insoluble (eg, in a cured state) even if some degree of polymerization occurs. Further insolubilization may also depend on the specific choice of development conditions (eg, rinsing solvent and / or temperature).

一般的に言って、露光による多光子光硬化が起こるには、2つの条件を満たしていなければならない。第1の条件は、光(例えば、高強度レーザー光)が、多光子吸収を起こせることができるような十分な強度を有していなければならないことである。光がコヒーレントである場合は(例えばレーザー光の場合のように)、付加的な利益が得られることがある。第1の近似として、非線形多光子吸収の確率は、吸収される光子の数の増加に従って、指数関数的に増加する。よって、実践上の理由から、多光子吸収は典型的に、特に凝縮された相の材料(例えば、固体又は液体)において、2光子吸収として実践される。   Generally speaking, two conditions must be met for multiphoton photocuring by exposure to occur. The first condition is that the light (eg, high intensity laser light) must have sufficient intensity to allow multiphoton absorption. Additional benefits may be obtained if the light is coherent (eg, as in the case of laser light). As a first approximation, the probability of nonlinear multiphoton absorption increases exponentially with increasing number of absorbed photons. Thus, for practical reasons, multiphoton absorption is typically practiced as two-photon absorption, particularly in condensed phase materials (eg, solids or liquids).

多光子光硬化プロセスにおいて、多光子開始系による光の多光子吸収によって、反応又は分解が起こり、開始化学種(例えば、フリーラジカル)を生じ、これが光硬化性組成物のある領域に硬化を起こす(例えば、フリーラジカルによる重合により)。したがって、第2の条件は、望ましい材料を現像溶媒が除去してしまわないような、光硬化性組成物の十分な硬化を引き起こすよう、十分な数の開始化学種が生成されなければならないということである。この第2の条件は、受け取る光の量(例えば、光線の書き込み速度により反映される)に関連する。   In a multiphoton photocuring process, multiphoton absorption of light by a multiphoton initiating system causes a reaction or decomposition that generates an initiating chemical species (eg, a free radical) that cures an area of the photocurable composition. (For example, by polymerization with free radicals). Thus, the second condition is that a sufficient number of starting species must be generated to cause sufficient curing of the photocurable composition such that the development material does not remove the desired material. It is. This second condition is related to the amount of light received (eg reflected by the writing speed of the light beam).

使用することができるシステムの1つの代表的なタイプが図1に示されている。図1を参照すると、作製システム10は、光源12と、最終光学素子15(任意に、光線広がりを制御するガルバノミラー及び望遠鏡を含む)を備える光学系14と、移動可能ステージ16とを含む。ステージ16は、1次元、2次元、又はそれ以上、典型的には3次元に移動できる。光源12から生ずる光線26は、光学系14を通過し、最終光学素子15を通って離れ、それを層20内の点Pに集中させ、それにより光の強度の3次元空間分布を組成物内に制御し、点Pの付近の光硬化性組成物24の少なくとも一部をそれが光線26に露光直前よりも少なくとも1つの溶媒中でより可溶性に又はより可溶性でなくする。光学系14の1つ以上の要素の移動と組み合わせてステージ16を移動又は光線26を向ける(例えば、ガルボミラー(galvo-mirror)を使用してレーザー光線を移動する)ことにより、焦点Pを走査でき又は所望の形状に対応する3次元パターンに形を変えることができる。例えば、ステージ16はx及びy次元で移動することができ、また最終光学素子15はz次元で移動することができ、これにより点Pの位置を制御する。光硬化性組成物24の、反応した、又は部分的に反応した部分が、所望の形状の3次元構造体を形成する。   One exemplary type of system that can be used is shown in FIG. Referring to FIG. 1, the fabrication system 10 includes a light source 12, an optical system 14 that includes a final optical element 15 (optionally including a galvano mirror and a telescope that controls light spread), and a movable stage 16. Stage 16 can move in one, two, or more, typically three dimensions. The light rays 26 originating from the light source 12 pass through the optical system 14 and leave through the final optical element 15 and concentrate it at a point P in the layer 20, thereby creating a three-dimensional spatial distribution of the light intensity within the composition. And at least a portion of the photocurable composition 24 in the vicinity of point P is made more or less soluble in the light beam 26 in at least one solvent than immediately prior to exposure. The focal point P can be scanned by moving the stage 16 or directing the beam 26 in combination with the movement of one or more elements of the optical system 14 (eg, moving the laser beam using a galvo-mirror). Alternatively, the shape can be changed to a three-dimensional pattern corresponding to the desired shape. For example, the stage 16 can move in the x and y dimensions, and the final optical element 15 can move in the z dimension, thereby controlling the position of the point P. The reacted or partially reacted part of the photocurable composition 24 forms a three-dimensional structure having a desired shape.

ステージ16に実装される基材18は、その上に配置される多光子光硬化性組成物24の層20を有する。光源12から生ずる光線26は、光学系14を通過し、最終光学素子15を通って離れ、それを層20内の点Pに集中させる。それにより光の強度の3次元空間分布を多光子光硬化性組成物24内に制御し、点Pの付近の多光子光硬化性組成物24の少なくとも一部を硬化する。   The substrate 18 mounted on the stage 16 has a layer 20 of a multiphoton photocurable composition 24 disposed thereon. The light beam 26 originating from the light source 12 passes through the optical system 14, leaves through the final optical element 15, and concentrates it at a point P in the layer 20. Thereby, the three-dimensional spatial distribution of light intensity is controlled in the multiphoton photocurable composition 24, and at least a part of the multiphoton photocurable composition 24 near the point P is cured.

光学系14の1つ以上の要素の移動と組合せてステージ16を移動又は光線26を向ける(例えば、ガルボミラー(galvo-mirror)及び望遠鏡を使用してレーザー光線を移動する)ことにより、焦点Pを走査でき又は所望の形状に対応する3次元パターンに形を変えることができる。次に、生じた多光子光反応性組成物24の硬化又は部分的に硬化された部分が、所望の形状の3次元構造体を形成する。現像後に基材に係留された3次元構造を形成することが望ましい場合は、焦点Pを層20と基材18との界面に固定して、これらのボクセルが構造の底面になるようにする。例えば、単一通過で、1つ以上の光抽出構造体の表面輪郭(約1体積ピクセル又はボクセルの厚さに相当する)を露光又は撮像でき、その現像により構造体の表面を形成できる。   Moving the stage 16 in combination with the movement of one or more elements of the optical system 14 or directing the light beam 26 (e.g., using a galvo-mirror and a telescope to move the laser beam), the focus P The shape can be scanned or changed to a three-dimensional pattern corresponding to the desired shape. Next, the cured or partially cured portion of the resulting multiphoton photoreactive composition 24 forms a three-dimensional structure of the desired shape. If it is desired to form a three-dimensional structure anchored to the substrate after development, the focal point P is fixed at the interface between layer 20 and substrate 18 so that these voxels are the bottom surface of the structure. For example, in a single pass, the surface contour of one or more light extraction structures (corresponding to about one volume pixel or voxel thickness) can be exposed or imaged, and the development can form the surface of the structure.

表面輪郭の露光又は撮像は、所望の3次元構造体の平面スライスの少なくとも周辺を走査し、次に複数の典型的には平行の平面スライスを走査し、構造体を仕上げることにより行うことができる。スライス厚さは、印加される適切なエネルギー用量と合わせて制御することができ、これによって、十分に低い表面粗さを達成し、高品質の構造を提供することができる。例えば、より小さいスライス厚さは、より大きい構造テーパの領域で望ましく、高い構造忠実度の実現に役立つことができるが、より大きいスライスの厚さは、より小さい構造テーパの領域で利用され、有用な作製時間の維持に役立つことができる。このように、スライス厚さ未満の表面粗さ(例えば、スライス厚さの約1/2未満、又は更にはスライス厚さの約1/4未満)は、作製速度(すなわち、処理能力又は単位時間当たりに作製される構造体の数)を犠牲にすることなく達成できる。   Surface contour exposure or imaging can be performed by scanning at least the periphery of a planar slice of the desired three-dimensional structure, and then scanning a plurality of typically parallel planar slices to finish the structure. . The slice thickness can be controlled in conjunction with the appropriate energy dose applied, thereby achieving a sufficiently low surface roughness and providing a high quality structure. For example, a smaller slice thickness is desirable in areas of larger structural taper and can help achieve high structural fidelity, but a larger slice thickness is utilized and useful in areas of smaller structural taper Can help maintain a good production time. Thus, surface roughness below the slice thickness (eg, less than about 1/2 of the slice thickness, or even less than about 1/4 of the slice thickness) depends on the production rate (ie, throughput or unit time). This can be achieved without sacrificing the number of structures produced per hit.

多光子光反応性組成物24をボクセル高さと同じ又はそれ以上の寸法規模である程度の非平面性を示す基材にコーティングする場合、光学的又は物理的に欠陥のある構造体を回避するため非平面性で補償するのが望ましい場合がある。これは、(例えば共焦点界面ロケーターシステムを使用して)基材と、露光される多光子光反応性組成物24の部分との間の界面の位置を見つけ出し、次に、その界面に光線26の焦点を適切に合わせるよう光学系14の位置を調節することによって達成することができる。そのような手順の代表的な一例が、米国特許第7,893,410 B2号(Sykoraら)に詳述されている。この手順は、配列内の構造体20個につき少なくとも1個の構造体について(例えば、配列内の構造体10個につき少なくとも1個、あるいは各構造体に)踏襲することができる。   When coating the multiphoton photoreactive composition 24 on a substrate that exhibits some degree of non-planarity at a dimensional scale equal to or greater than the voxel height, it is necessary to avoid optically or physically defective structures. It may be desirable to compensate with flatness. This locates the interface between the substrate (eg, using a confocal interface locator system) and the portion of the multiphoton photoreactive composition 24 that is to be exposed, and then rays 26 are applied to that interface. Can be achieved by adjusting the position of the optical system 14 to properly focus. A representative example of such a procedure is detailed in US Pat. No. 7,893,410 B2 (Sykora et al.). This procedure can be followed for at least one structure for every 20 structures in the array (eg, at least one for every 10 structures in the array, or each structure).

光源12は、光硬化性組成物中に含まれる多光子光開始剤系に適した波長で、多光子吸収の効果をもたらすのに十分な強度を提供するような、任意の光源(例えば、レーザー)であり得る。こうした波長は、例えば約300〜約1500nm、約400〜約1100nm、約600〜約900nm、又は約750〜約850nmの範囲(両端の値を含む)であり得る。典型的に、光フルエンス(例えば、パルス化レーザーのピーク強度)は、約10W/cmを超える。光フルエンスの上限は、一般に光硬化性組成物のアブレーション閾値により規定される。好適な代表的光源としては、高出力ランプ及びレーザーが挙げられる。一般に、光は光硬化性組成物により直接(例えば1光子吸収により)吸収される波長ではなく、多光子(例えば2光子)吸収が、その波長の半分の波長(λ/2)で多光子光開始剤系による主な吸収に対応するような適切な波長(λ)とするべきである。こうした波長は通常、約300〜約1500nmの範囲(例えば、約400〜約1100nm、約600〜約900nm、又は約750〜約850nm(すべての範囲を含む))であり得る。典型的に、光フルエンス(例えば、パルス化レーザーのピーク強度)は、1平方センチメートル当たり約10ワット(W/cm)を超える。光フルエンスの上限は、一般に光硬化性組成物のアブレーション閾値により規定される。 The light source 12 can be any light source (eg, a laser) that provides sufficient intensity to provide a multiphoton absorption effect at a wavelength suitable for the multiphoton photoinitiator system included in the photocurable composition. ). Such wavelengths can range, for example, from about 300 to about 1500 nm, from about 400 to about 1100 nm, from about 600 to about 900 nm, or from about 750 to about 850 nm (including values at both ends). Typically, the optical fluence (eg, pulsed laser peak intensity) is greater than about 10 6 W / cm 2 . The upper limit of light fluence is generally defined by the ablation threshold of the photocurable composition. Suitable representative light sources include high power lamps and lasers. In general, light is not at a wavelength that is absorbed directly (eg, by one-photon absorption) by the photocurable composition, but multiphoton (eg, two-photon) absorption is multiphoton light at half the wavelength (λ / 2). The appropriate wavelength (λ) should correspond to the main absorption by the initiator system. Such wavelengths can typically range from about 300 to about 1500 nm (eg, from about 400 to about 1100 nm, from about 600 to about 900 nm, or from about 750 to about 850 nm, including all ranges). Typically, the optical fluence (eg, peak intensity of a pulsed laser) is greater than about 10 6 watts per square centimeter (W / cm 2 ). The upper limit of light fluence is generally defined by the ablation threshold of the photocurable composition.

好適な光源としては、例えば、ピコ秒レーザー及びフェムト秒レーザーなどの超高速レーザーが挙げられる。例えば、好適なフェムト秒レーザーとして、アルゴンイオンレーザー(例えば、Coherentから商品名「INNOVA」として販売されているもの)により励起される、近赤外チタンサファイアオシレーター(例えば、Coherent(Santa Clara、California)から商品名「MIRA OPTIMA 900−F」として販売されているもの)が挙げられる。このレーザーは76MHzで動作し、パルス幅が200フェムト秒未満であり、700〜980nmの間で調整可能であり、平均出力が最大で1.4ワットである。別の有用なレーザーが、Spectra−Physics(Mountain View、California)から商品名「MAI TAI」として販売されており、これは750〜850ナノメートルの範囲内で調節可能であり、80メガヘルツの反復周波数、約100フェムト秒(10−13秒)のパルス幅、1ワットまでの平均出力を有する。 Suitable light sources include, for example, ultrafast lasers such as picosecond lasers and femtosecond lasers. For example, as a suitable femtosecond laser, a near-infrared titanium sapphire oscillator (eg, Coherent (Santa Clara, California) excited by an argon ion laser (eg, sold by Coherent under the trade designation “INNOVA”). (Trade name “MIRA OPTIMA 900-F”). This laser operates at 76 MHz, has a pulse width of less than 200 femtoseconds, is tunable between 700-980 nm, and has an average power of up to 1.4 watts. Another useful laser is sold by Spectra-Physics (Mountain View, California) under the trade designation “MAI TAI”, which is tunable within the range of 750-850 nanometers and has a repetition frequency of 80 megahertz. A pulse width of about 100 femtoseconds ( 10-13 seconds) and an average power of up to 1 watt.

他の好適なレーザーには、Q−スイッチNd:YAGレーザー(例えば、Spectra−Physicsから商品名「QUANTA−RAY PRO」として販売されているもの)、可視波長染料レーザー(例えば、QUANTA−RAY PRO Q−スイッチNd:YAGレーザーにより励起される、Spectra−Physicsから商品名「SIRAH」として販売されているもの)、及びQ−スイッチダイオード励起レーザー(例えば、Spectra−Physicsから商品名「FCBAR」として販売されているもの)が挙げられる。   Other suitable lasers include Q-switched Nd: YAG lasers (eg, those sold by Spectra-Physics under the trade name “QUANTA-RAY PRO”), visible wavelength dye lasers (eg, QUANTA-RAY PRO Q -Switched Nd: pumped by a YAG laser, sold under the trade name "SIRAH" by Spectra-Physics, and Q-switched diode pumped laser (for example, sold by Spectra-Physics under the trade name "FCBAR") Are).

更なる光源には、約10−8秒未満(例えば、約10−9秒未満、更には約10−11秒未満)のパルス長を有する近赤外パルス化レーザーが挙げられる。上記のピーク強度及びアブレーション閾値の基準が満たされている限り他のパルス長さを用いることもできる。例えば、パルス化光は、約1キロヘルツから約50メガヘルツ(MHz)まで又は更にそれ以上のパルス周波数を有する。連続波レーザーを使用することもできる。 Additional light sources include near infrared pulsed lasers having a pulse length of less than about 10 −8 seconds (eg, less than about 10 −9 seconds, or even less than about 10 −11 seconds). Other pulse lengths can be used as long as the above peak intensity and ablation threshold criteria are met. For example, the pulsed light has a pulse frequency from about 1 kilohertz to about 50 megahertz (MHz) or even higher. A continuous wave laser can also be used.

光学系14には、例えば、屈折光学素子(例えば、レンズ又はマイクロレンズアレイ)、反射光学素子(例えば、再帰反射器又は集束ミラー)、回折光学素子(例えば、回折格子、相マスク及びホログラム)、偏光光学素子(例えば、直線偏光子、円形偏光子、及び波長板)、分散形光学素子(例えば、プリズム及び回折格子)、拡散板、ポッケルスセル、導波路などが含まれ得る。こうした光学要素は、集束、光線供給、光線/モード成形、パルス成形、及びパルスタイミングに有用である。一般に、光学要素は組み合わせて使用することができるが、他の適当な組み合わせも当業者によって認識されるであろう。   The optical system 14 includes, for example, a refractive optical element (for example, a lens or a microlens array), a reflective optical element (for example, a retroreflector or a focusing mirror), a diffractive optical element (for example, a diffraction grating, a phase mask, and a hologram), Polarization optical elements (eg, linear polarizers, circular polarizers, and wave plates), dispersive optical elements (eg, prisms and diffraction gratings), diffusion plates, Pockels cells, waveguides, etc. can be included. Such optical elements are useful for focusing, beam delivery, beam / mode shaping, pulse shaping, and pulse timing. In general, optical elements can be used in combination, but other suitable combinations will be recognized by those skilled in the art.

最終光学素子15は、例えば、1つ以上の屈折、反射及び/又は回折光学素子を含み得る。ある実施形態では、例えば、顕微鏡検査で使用されるような対物レンズを、例えば、Carl Zeiss,North America(Thornwood、New York)などの供給業者から容易に入手でき、最終光学素子15として使用することができる。例えば、作製システム10には、NAが0.75の対物レンズ(例えば、Carl Zeiss,North Americaから商品名「20X FLUAR」として販売されているもの)を備えた走査共焦点顕微鏡(例えば、Bio−Rad Laboratories(Hercules、Calif.)から商品名「MRC600」として販売されているもの)が挙げられ得る。最終光学素子15の開口数は、0.65〜1.46の範囲(両端の値を含む)の任意の値を有し得る。有用な空中対物レンズは典型的に、0.65〜約0.95の範囲の開口数を有する。有用な液浸対物レンズ(例えば、油浸対物レンズ)は典型的に、約1.0より大きく1.46までの範囲の開口数を有する。   The final optical element 15 may include, for example, one or more refractive, reflective and / or diffractive optical elements. In certain embodiments, for example, an objective lens, such as used in microscopy, is readily available from suppliers such as, for example, Carl Zeiss, North America (Thornwood, New York) and used as the final optical element 15. Can do. For example, the fabrication system 10 includes a scanning confocal microscope (e.g., Bio-) equipped with an objective lens having a NA of 0.75 (e.g., sold under the trade name "20X FLUAR" by Carl Zeiss, North America). Rad Laboratories (available from Hercules, Calif.) Under the trade designation “MRC600”). The numerical aperture of the final optical element 15 can have any value in the range of 0.65 to 1.46 (including values at both ends). Useful aerial objectives typically have a numerical aperture in the range of 0.65 to about 0.95. Useful immersion objectives (eg, oil immersion objectives) typically have numerical apertures in the range of greater than about 1.0 to 1.46.

高集束光を提供するため、しばしば比較的大きい開口数を有する光学系を使用することが望ましい場合がある。しかしながら、所望の強度プロファイル(及びその空間的配置)を与える光学要素の任意の組み合わせを使用することができる。   In order to provide highly focused light, it may often be desirable to use an optical system with a relatively large numerical aperture. However, any combination of optical elements that provides the desired intensity profile (and its spatial arrangement) can be used.

一般に露光時間は、光硬化性組成物内でフリーラジカル重合可能な化合物の反応を引き起こすために使用される露光システムのタイプ(及び開口数、光強度空間分布の形状、レーザーパルス時のピーク光の強度(ピーク光の強度にほぼ相当する、より高強度かつより短いパルス持続時間)などの従属変数)、並びに光硬化性組成物の性質により決まる。一般的に、他のすべての条件が等しい場合、焦点領域のピーク光強度が高いほど、露光時間は短くなる。一般に一次元撮像又は「書き込み」速度は、約10−8〜10−15秒(例えば、約10−11〜10−14秒)及び約10〜10パルス/秒(例えば、約10〜10パルス/秒)のレーザーパルス持続時間を使用し、約0.5〜100,000マイクロメートル/秒であり得る。 In general, the exposure time is the type of exposure system (and numerical aperture, shape of light intensity spatial distribution, peak light intensity during laser pulse) used to cause the reaction of free radically polymerizable compounds within the photocurable composition. Dependent variables such as intensity (higher intensity and shorter pulse duration, roughly corresponding to the intensity of the peak light), as well as the nature of the photocurable composition. In general, when all other conditions are equal, the higher the peak light intensity in the focal region, the shorter the exposure time. In general, one-dimensional imaging or “writing” rates are about 10 −8 to 10 −15 seconds (eg, about 10 −11 to 10 −14 seconds) and about 10 2 to 10 9 pulses / second (eg, about 10 3 to A laser pulse duration of 10 8 pulses / second), and may be from about 0.5 to 100,000 micrometers / second.

他に記載のない限り、断面光線強度プロファイル及び/又は時間的プロファイルが異なり得る複数の光線を使用することができる。この光線は、1つ以上の光源(例えば、レーザー)から発せられ得る。複数の光線に同じ光源を使用することにより、多光子光硬化プロセスを単純化し、場合によってはシステム設計及び実装を単純化する可能性がある。   Unless otherwise stated, multiple light rays can be used that may have different cross-sectional light intensity profiles and / or temporal profiles. This light beam can be emitted from one or more light sources (eg, lasers). Using the same light source for multiple rays may simplify the multi-photon photocuring process and possibly simplify system design and implementation.

多光子吸収により、光線26に露光することで、光硬化性組成物内の反応が誘発され、フリーラジカル重合した材料を含む硬化した材料の1つ以上の体積領域が生成される。次に、硬化された材料及び未硬化の材料で生じたパターンは、例えば未硬化領域を取り除くことにより、従来の現像方法により実現できる。所望により、望ましい構造の表面形状のみが露光した後、典型的に溶媒現像を行い、化学線(例えば、1光子吸収プロセスにより硬化を起こす光)を使用した非撮像的露光を実施して、任意の残存する未硬化の光硬化性組成物に追加の硬化効果をもたらすことができる。複雑な3次元構造体及び構造体アレイは、この方法で調製できる。   Due to multiphoton absorption, exposure to light beam 26 induces a reaction in the photocurable composition and produces one or more volume regions of cured material, including free radical polymerized material. Next, the pattern produced by the cured material and the uncured material can be realized by conventional development methods, for example by removing the uncured areas. Optionally, after only the surface features of the desired structure have been exposed, they are typically subjected to solvent development and non-imaging exposure using actinic radiation (eg, light that causes curing by a one-photon absorption process), optionally An additional curing effect can be provided to the remaining uncured photocurable composition. Complex three-dimensional structures and structure arrays can be prepared in this way.

露光した光硬化性組成物を首尾良く溶媒現像し、作製された構造を得るためには、硬化が望ましい光硬化性組成物の体積領域(ボクセル)において、光の閾値用量(すなわち、閾値量)が典型的に必要である。したがって、光用量は典型的に、硬化が望ましい体積領域が、少なくとも閾値レベル(例えば、閾値レベルの最高10倍)を受容するように、また陰性造影が活用される体積領域において、この用量(及び典型的に強度)がより大きくなるように、選択される。この閾値用量は、典型的にプロセス固有であって、例えば、波長、パルス周波数、光の強度、具体的な光硬化性組成物、作製された具体的な構造体又は溶媒現像に使用されるプロセスなどの変数に依存し得る。よって、プロセスパラメータの各セットは典型的に、固有の閾値用量を伴う。   In order to successfully solvent develop the exposed photocurable composition and obtain the resulting structure, a threshold dose of light (ie, a threshold amount) in the volume region (voxel) of the photocurable composition where curing is desired. Is typically necessary. Thus, the light dose typically is such that the volume region where curing is desired receives at least a threshold level (eg, up to 10 times the threshold level) and in the volume region where negative contrast is utilized. The strength is typically selected to be greater. This threshold dose is typically process specific, eg, wavelength, pulse frequency, light intensity, specific photocurable composition, specific structure made, or process used for solvent development. Can depend on variables such as Thus, each set of process parameters typically involves a unique threshold dose.

多光子吸収を通じて、光線26は光硬化性組成物中でフリーラジカル重合反応を誘発し、これにより、光硬化性組成物の未露光領域とは異なる溶解度特性を有する材料の体積領域が形成される。得られた異なる溶解度のパターンは、従来の現像プロセスによって例えば、露光又は未露光領域のいずれかを除去することにより実体化することができる。露光された光硬化性組成物は、例えば、露光された光硬化性組成物を溶媒中に定置し、より高い溶媒溶解度の領域を溶解し、溶媒ですすぎ、蒸発させ、酸素プラズマエッチングし、又は他の既知の方法及びそれらの組み合わせにより現像することができる。露光された光硬化性組成物を現像するために使用することができる溶媒の非限定的例としては、例えば、水(例えば、1〜12の範囲内のpHを有する)、水と有機溶媒類(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、これらの混合物、及び同様物)との相溶性混合物などの水性溶媒、並びに有機溶媒が挙げられる。有用な有機溶媒の代表的な例には、アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール)、ケトン(例えば、アセトン、シクロペンタノン、メチルエチルケトン)、芳香族(例えば、トルエン)、有機ハロゲン化合物(例えば、メチレンクロリド、クロロホルム)、ニトリル(例えば、アセトニトリル)、エステル(例えば、酢酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、エーテル(例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン)、アミド(例えば、N−メチルピロリドン)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。   Through multiphoton absorption, light beam 26 induces a free radical polymerization reaction in the photocurable composition, thereby forming a volume region of material having a solubility characteristic that is different from the unexposed region of the photocurable composition. . The resulting different solubility patterns can be materialized by conventional development processes, for example, by removing either exposed or unexposed areas. The exposed photocurable composition can be, for example, by placing the exposed photocurable composition in a solvent, dissolving areas of higher solvent solubility, rinsing with solvent, evaporating, oxygen plasma etching, or It can be developed by other known methods and combinations thereof. Non-limiting examples of solvents that can be used to develop the exposed photocurable composition include, for example, water (eg, having a pH in the range of 1-12), water and organic solvents. Examples include aqueous solvents such as compatible mixtures with (for example, methanol, ethanol, propanol, acetone, acetonitrile, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, mixtures thereof, and the like), and organic solvents. Representative examples of useful organic solvents include alcohols (eg, methanol, ethanol, propanol), ketones (eg, acetone, cyclopentanone, methyl ethyl ketone), aromatics (eg, toluene), organic halogen compounds (eg, Methylene chloride, chloroform), nitriles (eg acetonitrile), esters (eg ethyl acetate, propylene glycol methyl ether acetate), ethers (eg diethyl ether, tetrahydrofuran), amides (eg N-methylpyrrolidone), and these Combinations are listed.

本開示を実践するための好適な光硬化性組成物は、特定のプロセス条件下で陰性造影を呈する。例えば、多光子吸収を得るのに必要な閾値容量を上回る露光が実施された場合、光硬化性組成物は、硬化の増大を呈し、次に光用量が増加すると硬化の低下を呈することがある。これは、例えば図2に示すように、固定された多光子硬化条件について、書き込み速度の逆数に対して垂直ボクセル寸法(例えば、溶媒現像後に得られる)をプロットすることにより、見ることができる。ここにおいて書き込み速度は、光硬化性組成物を含む本体にわたるレーザー光線の移動速度を反映する。図2には、領域210において、書き込み速度の減少(すなわち、用量増加に対応する、書き込み速度の逆数の増加)に伴う垂直ボクセル寸法の増加が示されており、これは多くの多光子プロセスに共通である。しかしながら、更に書き込み速度を減少(すなわち、書き込み速度の逆数を更に増加)させると、最大レベル220に到達する。書き込み速度が減少して領域230に入ると、用量が更に増加し、垂直ボクセル寸法の減少が生じる。この用量増加に伴う硬化の減少は、陰性造影の一例である(すなわち、負の傾きの領域を伴う造影曲線)。この陰性造影現象を、本開示により有利に利用して、光を用いた撮像に通常伴う回折限界より下の撮像能力を提供することができる。   Suitable photocurable compositions for practicing the present disclosure exhibit a negative contrast under certain process conditions. For example, if exposure is performed above the threshold volume necessary to obtain multiphoton absorption, the photocurable composition may exhibit increased cure and then decrease cure as the light dose increases. . This can be seen by plotting the vertical voxel dimensions (eg, obtained after solvent development) against the reciprocal of writing speed for a fixed multiphoton cure condition, for example as shown in FIG. Here, the writing speed reflects the moving speed of the laser beam across the body containing the photocurable composition. FIG. 2 shows an increase in vertical voxel dimension in region 210 with a decrease in writing speed (ie, an increase in the reciprocal of writing speed corresponding to an increase in dose), which is a problem for many multiphoton processes. It is common. However, if the write speed is further decreased (ie, the reciprocal of the write speed is further increased), the maximum level 220 is reached. As the writing speed decreases and enters region 230, the dose further increases, resulting in a decrease in vertical voxel size. This decrease in cure with increasing dose is an example of negative contrast (ie, a contrast curve with a negative slope region). This negative contrast phenomenon can be advantageously utilized by the present disclosure to provide imaging capabilities below the diffraction limit normally associated with imaging with light.

陰性造影現象を使用して、使用する光の回折限界より下の寸法を有するボクセルから形成される構造を作製するために、光硬化性組成物上に衝突する光の不均一な空間特性が存在する必要がある。例えば、2つの別個の光線を合わせることにより形成される光線は、例えば本明細書に記述されるように、他の部分よりも一部の部分において、より高い強度及び/又は用量を有し得る。陰性造影が観察される条件下において、光硬化は最大強度/用量の領域で阻害され、一方、隣接する領域はより大きな度合の光硬化を呈する。   There is a non-uniform spatial property of light impinging on the photocurable composition to create structures formed from voxels with dimensions below the diffraction limit of the light used, using negative contrast phenomena There is a need to. For example, a light beam formed by combining two separate light beams can have higher intensity and / or dose in some parts than other parts, for example, as described herein. . Under conditions where negative contrast is observed, photocuring is inhibited in the region of maximum intensity / dose, while adjacent regions exhibit a greater degree of photocuring.

理論に拘束されるものではないが、本発明者らは、陰性造影がフリーラジカルの過剰な産生をもたらし、これによりフリーラジカル重合の未然の終了と硬化度合の低減が生じることを見出したと考える。   Without being bound by theory, the inventors believe that negative imaging has found that free radicals are excessively produced, leading to premature termination of free radical polymerization and a reduced degree of cure.

したがって、不均一な光線強度を有する単一の緊密に焦点が絞られた光線は、サブマイクロメートル解像度(例えば、本明細書に上述されているように)を備えた構造及び構成要素を作製するのに使用することができる。一実施形態において、この光線は、強度が周縁の外側領域で最強であり、光線の中央で非常に低い断面を有する。例えば、この光線は、光の強度が比較的高い外側領域によって囲まれた、光の強度が比較的低い内側領域を含む、光線断面プロファイルを有し得、ここにおいて内側領域と外側領域は同じ時間的プロファイル(これは連続的又はパルス状であり得る)を有する。これは、例えば、ガウス・ラゲールモード(例えばTEM01 (図3に示すように、ドーナツ状)、又はTEM10(図4に示すように「牛眼」形状))、あるいは、既知の方法により適切な位相マスクで形成可能なガウス・エルミートモードを使用することにより達成され得る。TEM01 ガウス・ラゲールモードの光線を使用する場合、内側領域の光により硬化が起こるのに対して(内側領域に少なくともある程度の光がほぼ常に存在することが認識される)、光硬化性組成物上に焦点を合わせた外側領域の光は、光硬化性組成物の硬化が阻害される十分な強度及び用量である。その結果、硬化は優先的に内側領域で起こり、外側領域に近づくと減少し、これによって、従来の単光線方法により得ることができるより小さい硬化体積(ボクセル)がもたらされる。いくつかの実施形態において、これは、光線断面の中央で形成される単一の形状を生じ得るが、他の実施形態において、中央の点と、その点から間隔をあけて取り囲む外側の環を含む、牛眼形状を生じ得る。TEM10ガウス・ラゲールモードの光線を使用することによって、例えば環及び管などのサブマイクロメートル構造の形成を同様にもたらすことができる。この方法は、有利なように、複数の高輝度光線の場合に存在し得る光学的な操舵要件を単純化し、他の従来の多光子方法よりも遅い書き込み速度で、非常に小さなマイクロメートル寸法又はサブマイクロメートル寸法の構造を形成することができ、改善されたプロセス制御をもたらす可能性がある。 Thus, a single tightly focused beam with non-uniform beam intensity creates a structure and component with sub-micrometer resolution (eg, as described hereinabove). Can be used for In one embodiment, this ray has the strongest intensity in the outer region of the periphery and has a very low cross-section in the middle of the ray. For example, the ray may have a ray cross-sectional profile that includes an inner region with a relatively low light intensity surrounded by an outer region with a relatively high light intensity, where the inner and outer regions are at the same time. Has a dynamic profile (which can be continuous or pulsed). This can be done, for example, by Gauss-Laguerre mode (eg TEM 01 * (doughnut shape as shown in FIG. 3) or TEM 10 (“cat eye” shape as shown in FIG. 4)) or by known methods It can be achieved by using a Gaussian Hermite mode that can be formed with a suitable phase mask. When using TEM 01 * Gauss-Laguerre mode light, curing is caused by light in the inner region (it is recognized that at least some light is almost always present in the inner region), whereas a photocurable composition The light in the outer region focused on the object is of sufficient intensity and dose that inhibits the curing of the photocurable composition. As a result, curing preferentially occurs in the inner region and decreases as it approaches the outer region, resulting in a smaller cured volume (voxel) that can be obtained by conventional single light methods. In some embodiments, this may result in a single shape formed at the center of the ray cross section, but in other embodiments, a central point and an outer ring that is spaced from that point. It can produce an ox eye shape. The use of TEM 10 Gauss-Laguerre mode rays can similarly result in the formation of sub-micrometer structures such as rings and tubes. This method advantageously simplifies the optical steering requirements that may exist in the case of multiple high-intensity rays, with very small micrometer dimensions or at a slower writing speed than other conventional multi-photon methods. Sub-micrometer sized structures can be formed and can result in improved process control.

前述の節では、光の強度が比較的高い外側領域によって囲まれた、光の強度が比較的低い内側領域を含む、レーザー光線の使用について記述しているが、本開示のいくつかの方法において、例えば配線ラインなどの場合、他のレーザー光線モードを使用することが有利であり得る。そのように使用し得るレーザーモードの例としては、TEM01、TEM02、TEM03、及びTEM11が挙げられる。 While the foregoing section describes the use of a laser beam that includes an inner region of relatively low light intensity surrounded by an outer region of relatively high light intensity, in some methods of the present disclosure, In the case of wiring lines, for example, it may be advantageous to use other laser beam modes. Examples of laser modes that can be used as such include TEM 01 , TEM 02 , TEM 03 , and TEM 11 .

陰性造影の考えられる原因の発見の他の用途において、本開示は更に、実質的に無酸素の光反応系の多光子光硬化中に陰性造影を達成する。微細構造作製のために陰性造影の光硬化性組成物を使用する利点及び方法は、本明細書に前述されている。   In other applications of finding possible causes of negative contrast, the present disclosure further achieves negative contrast during multiphoton photocuring of a substantially anoxic photoreactive system. The advantages and methods of using a negative contrast photocurable composition for microstructure fabrication are described herein above.

酸素は、単独で、あるいは所望により分子状酸素の存在下でのみ有効な特定の阻害剤(例えば、ヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)など)と共に、フリーラジカル重合を阻害することがよく知られている。この実施形態において、酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤が光硬化性組成物に含まれ、酸素に代わってこの利点を提供する。この実施形態において特記されることとして、陰性造影撮像は、フリーラジカル重合可能組成物に通常含まれ得る濃度をはるかに超える濃度の有機フリーラジカル重合阻害剤を使用して達成することができる。例えば、この実施形態において、有機フリーラジカル重合阻害剤の濃度は、光硬化性組成物の合計重量に基づき、0.01〜2重量パーセント(例えば、約0.1〜0.75重量パーセント)の範囲の量で光硬化性組成物に含まれ得るが、他の量も使用することができる。   It is well known that oxygen inhibits free radical polymerization, alone or optionally with certain inhibitors (eg, hydroquinone monomethyl ether (MEHQ), etc.) that are effective only in the presence of molecular oxygen. In this embodiment, free radical polymerization inhibitors other than oxygen are included in the photocurable composition to provide this benefit in place of oxygen. Of particular note in this embodiment, negative contrast imaging can be achieved using organic free radical polymerization inhibitors at concentrations far exceeding those that would normally be included in free radical polymerizable compositions. For example, in this embodiment, the concentration of the organic free radical polymerization inhibitor is 0.01 to 2 weight percent (eg, about 0.1 to 0.75 weight percent) based on the total weight of the photocurable composition. A range of amounts can be included in the photocurable composition, although other amounts can be used.

有利なように、この実施形態において、分子状酸素の実質的な欠如により、有機フリーラジカル重合阻害剤の濃度を調節することにより、光硬化性組成物の感度を調節することが可能になる。例えばフェノールタイプの酸化防止剤(例えば、ヒドロキノン、4−メトキシフェノール(MEHQ)、及び2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)などの、特定の有機フリーラジカル重合阻害剤は一般に、分子状酸素の存在下においてのみ、フリーラジカル重合を阻害するのに有効であるため、これらは典型的に、この実施形態においてはほとんど又は全く役に立たない。   Advantageously, in this embodiment, the substantial absence of molecular oxygen makes it possible to adjust the sensitivity of the photocurable composition by adjusting the concentration of the organic free radical polymerization inhibitor. Certain organic free radical polymerization inhibitors, such as, for example, phenol type antioxidants (eg, hydroquinone, 4-methoxyphenol (MEHQ), and 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol) are generally These are typically of little or no use in this embodiment because they are effective only in inhibiting free radical polymerization only in the presence of molecular oxygen.

酸素の不在下でフリーラジカル重合を阻害し得る有用な有機フリーラジカル重合阻害剤には、例えば、フェノチアジン及びアミンオキシドラジカル(例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシ(すなわち、TEMPO)、4−ヒドロキシ−TEMPO;4−アセトアミド−TEMPO、4−アミノ−TEMPO、4−シアノ−TEMPO、4−(2−ヨードアセトアミド)−TEMPO、4−オキソ−TEMPO、4−メトキシ−TEMPO、4−ホスホノオキシ−TEMPO水和物、ポリ(エチレングリコール)−ビス−TEMPO、4−メタンスルホニルオキシ−TEMPO、4−メタクリロイルオキシ−TEMPO、ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)セバケート);1,3,5−トリフェニルベルダジルラジカル、ガルビノキシルラジカル;1,3−ビスジフェニレン−2−フェニルアリルラジカル(ケルシュラジカル);及びN−ニトロソフェニルヒドロキシルアミン塩(例えばWako ChemicalからQ−1300及びQ−1301として販売されているもの)が挙げられる。   Useful organic free radical polymerization inhibitors that can inhibit free radical polymerization in the absence of oxygen include, for example, phenothiazine and amine oxide radicals (eg, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy (ie, TEMPO), 4-hydroxy-TEMPO; 4-acetamido-TEMPO, 4-amino-TEMPO, 4-cyano-TEMPO, 4- (2-iodoacetamido) -TEMPO, 4-oxo-TEMPO, 4-methoxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO hydrate, poly (ethylene glycol) -bis-TEMPO, 4-methanesulfonyloxy-TEMPO, 4-methacryloyloxy-TEMPO, bis (1-oxyl-2,2,6,6-tetramethyl Piperidin-4-yl) sebacate); -Triphenyl verdazyl radical, galvinoxyl radical; 1,3-bisdiphenylene-2-phenylallyl radical (Kersch radical); and N-nitrosophenylhydroxylamine salts (eg Q-1300 and Q-1301 from Wako Chemical) Are sold as).

陰性造影の考えられる原因の本発見の更に他の用途において、本開示は更に、フリーラジカル重合可能な化合物及びタイプI光開始剤(両方とも本明細書で前述されている)、並びに少なくとも1つのフリーラジカル重合阻害剤を含む、光反応系の多光子硬化中に、陰性造影現象を達成する。この実施形態において、フリーラジカル重合可能なメタクリレート、アクリレート、及び類似の化合物を使用することができる。   In yet other applications of this discovery of possible causes of negative imaging, the present disclosure further includes free radical polymerizable compounds and type I photoinitiators (both previously described herein), and at least one of A negative contrast phenomenon is achieved during multiphoton curing of photoreactive systems, including free radical polymerization inhibitors. In this embodiment, free-radically polymerizable methacrylates, acrylates, and similar compounds can be used.

タイプI光開始剤には、他の周知の多光子光開始剤系に比べ、比較的低価格の市販入手源から容易に入手できるなどの利点がある。しかしながらこれまで、光硬化性組成物の多光子硬化中に陰性造影は観察されていない。したがって、陰性造影は、フリーラジカル重合可能な化合物(例えば、アクリレート又はメタクリレート)を含むフリーラジカル硬化性系において観察され得ることがここに発見されている。いくつかの実施形態において、メタクリレートを含むフリーラジカル硬化性系は、光硬化性組成物の合計重量に基づき、例えばアクリレート及びアクリルアミドなどの他のフリーラジカル重合可能な化合物を、1重量パーセント未満、又は更には0.1重量パーセント未満含む。いくつかの場合において、光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能アクリレート及びアクリルアミド化合物を含まなくともよい。例えば微細構造の作製における、陰性造影条件下での光硬化性組成物の多光子硬化の利点と方法は、本明細書において前述されている。   Type I photoinitiators have the advantage of being readily available from relatively low cost commercial sources compared to other known multiphoton photoinitiator systems. However, until now, no negative contrast has been observed during multiphoton curing of photocurable compositions. Thus, it has now been discovered that negative imaging can be observed in free radical curable systems containing free radical polymerizable compounds (eg, acrylates or methacrylates). In some embodiments, the free radical curable system comprising methacrylate is less than 1 weight percent of other free radical polymerizable compounds, such as acrylates and acrylamides, based on the total weight of the photocurable composition, or Furthermore, it contains less than 0.1 weight percent. In some cases, the photocurable composition may be free of free radical polymerizable acrylate and acrylamide compounds. The advantages and methods of multiphoton curing of photocurable compositions under negative contrast conditions, for example in the production of microstructures, have been described previously herein.

本開示の選択された実施形態は、下記に詳しく示される。   Selected embodiments of the present disclosure are set forth in detail below.

本開示の選択された実施形態
第1の実施形態において、本開示は、次の工程:
a)光線を提供する工程であって、この光線は、光の強度が比較的高い外側領域によって囲まれた、光の強度が比較的低い内側領域を含む、光線断面プロファイルを有し得、ここにおいて内側領域と外側領域は同じ時間的プロファイルを有する、工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、フリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含む、工程と、
c)光硬化性組成物の少なくとも一部分を光線に露光させることにより、光の一部の多光子光開始剤系による多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物の少なくとも一部分にフリーラジカル重合を開始させる工程であって、ここにおいて、光硬化性組成物に、光線の内側領域の少なくとも一部分を照射することにより、光硬化性組成物の一部分に、少なくとも現像のための閾値レベルまでの硬化が生じ、そして、光硬化性組成物に、光線の内側領域に隣接する外側領域の少なくとも一部分を照射することによっては、その光硬化性組成物に、少なくとも現像のための閾値レベルまでの硬化が生じない、工程と、を含む方法を提供する。
Selected Embodiments of the Present Disclosure In a first embodiment, the present disclosure includes the following steps:
a) providing a light beam, the light beam having a light beam cross-sectional profile comprising an inner region of relatively low light intensity surrounded by an outer region of relatively high light intensity, wherein Wherein the inner region and the outer region have the same temporal profile; and
b) providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a free radical polymerizable compound, a free radical polymerization inhibitor, and a multiphoton photoinitiator system; ,
c) By exposing at least a portion of the photocurable composition to light, multiphoton absorption by a multiphoton photoinitiator system of a portion of the light initiates free radical polymerization on at least a portion of the free radical polymerizable compound. Wherein irradiating the photocurable composition with at least a portion of the inner region of the light beam causes a portion of the photocurable composition to cure to at least a threshold level for development. And irradiating the photocurable composition with at least a portion of the outer region adjacent to the inner region of the light beam, the photocurable composition does not cure to at least a threshold level for development. A method comprising the steps of:

第2の実施形態において、本開示は、第1の実施形態による方法を提供し、ここにおいて光硬化性組成物は、更に有機ポリマーを含み、光硬化性組成物は実質的に非流動性である。   In a second embodiment, the present disclosure provides a method according to the first embodiment, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer, wherein the photocurable composition is substantially non-flowable. is there.

第3の実施形態において、本開示は、第1又は第2の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、光線断面プロファイルの外側領域は実質的に環状である。   In a third embodiment, the present disclosure provides a method according to the first or second embodiment, wherein the outer region of the beam cross-sectional profile is substantially annular.

第4の実施形態において、本開示は、第1〜第3の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、光線は、ガウス・ラゲールモードのレーザー光を含む。   In a fourth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to third embodiments, wherein the light beam comprises Gauss-Laguerre mode laser light.

第5の実施形態において、本開示は、第1〜第4の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、光硬化性組成物は層を形成し、この層は基材上に配置される。   In a fifth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to fourth embodiments, wherein the photocurable composition forms a layer, the layer on the substrate. Placed in.

第6の実施形態において、本開示は、第1〜第5の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、光線は、所定のパターンにしたがって光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる。   In a sixth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to fifth embodiments, wherein step c) is repeated a plurality of times, and in each iteration, the light beam is predetermined The various positions in the photocurable composition are focused according to the pattern.

第7の実施形態において、本開示は、第6の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる。   In a seventh embodiment, the present disclosure provides a method according to the sixth embodiment, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of three dimensions.

第8の実施形態において、本開示は、第1〜第7の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、工程c)において少なくとも現像のための閾値レベルまで硬化した光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む。   In an eighth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to seventh embodiments, wherein the photocurable composition cured in step c) to at least a threshold level for development. Further developing at least a portion.

第9の実施形態において、本開示は、第1〜第8の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいてフリーラジカル重合阻害剤は、分子状酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤を含む。   In a ninth embodiment, the present disclosure provides the method according to any one of the first to eighth embodiments, wherein the free radical polymerization inhibitor is a free radical polymerization inhibitor other than molecular oxygen. Including.

第10の実施形態において、本開示は、第1〜第9の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいてフリーラジカル重合可能な化合物は、少なくとも2つのアクリロイル基を含む。   In a tenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to ninth embodiments, wherein the free-radically polymerizable compound comprises at least two acryloyl groups.

第11の実施形態において、本開示は、次の工程:
a)少なくとも一つの光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、分子状酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含み、このフリーラジカル重合阻害剤は、酸素の不在下で有効である、工程と、
c)光硬化性組成物の少なくとも一部分を、少なくとも一つの光線に露光させることにより少なくとも部分的に硬化させ、これにより、光の一部の多光子光開始剤系による多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、光線による露光の段階的な増加によって、光線に露光した光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなり、光硬化性組成物は、この光硬化性組成物がこの光線に露光する前は、実質的に分子状酸素を含まない、工程と、を含む方法を提供する。
In an eleventh embodiment, the present disclosure includes the following steps:
a) providing at least one light beam;
b) a step of providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a free radical polymerizable compound, a free radical polymerization inhibitor other than molecular oxygen, a multiphoton photoinitiator system, The free radical polymerization inhibitor is effective in the absence of oxygen, and
c) at least a portion of the photocurable composition is at least partially cured by exposing it to at least one light beam, whereby the multiphoton absorption by the multiphoton photoinitiator system of a portion of the light is free radical Initiating free radical polymerization of the polymerizable compound and thereby reducing the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light due to the stepwise increase in exposure with the light, the photocurable composition The article provides a method comprising the step of substantially free of molecular oxygen before the photocurable composition is exposed to the light.

第12の実施形態において、本開示は、第11の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、光硬化性組成物は、光硬化性組成物の合計重量に基づき、約0.1〜約0.5重量パーセントのフリーラジカル重合阻害剤を含む。   In a twelfth embodiment, the present disclosure provides a method according to the eleventh embodiment, wherein the photocurable composition is about 0.1 to about 0 based on the total weight of the photocurable composition. . 5 weight percent free radical polymerization inhibitor.

第13の実施形態において、本開示は、第11又は第12による方法を提供し、ここにおいてフリーラジカル重合可能な化合物は少なくとも2つのメタクリロイル基を含み、光硬化性組成物は、アクリレートを実質的に含まない。   In a thirteenth embodiment, the present disclosure provides a method according to the eleventh or twelfth, wherein the free radical polymerizable compound comprises at least two methacryloyl groups, and the photocurable composition substantially comprises an acrylate. Not included.

第14の実施形態において、本開示は、第11〜第13の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、この光硬化性組成物は更に有機ポリマーを含み、かつ実質的に非流動性である。   In a fourteenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the eleventh to thirteenth embodiments, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer and substantially It is non-fluid.

第15の実施形態において、本開示は、第11〜第14の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、光硬化性組成物は層を形成し、この層は基材上に配置される。   In a fifteenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the eleventh to fourteenth embodiments, wherein the photocurable composition forms a layer, the layer on the substrate. Placed in.

第16の実施形態において、本開示は、第11〜第15の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、光線は、所定のパターンにしたがって光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる。   In a sixteenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to fifteenth embodiments, wherein step c) is repeated a plurality of times, and in each iteration, the light beam is predetermined The various positions in the photocurable composition are focused according to the pattern.

第17の実施形態において、本開示は、第11〜第16の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる。   In a seventeenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the first to sixteenth embodiments, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of three dimensions. .

第18の実施形態において、本開示は、第11〜第17の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、工程c)において少なくとも現像のための閾値レベルまで硬化した光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む。   In an eighteenth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the eleventh to seventeenth embodiments, wherein a photocurable composition cured to at least a threshold level for development in step c). Further developing at least a portion.

第19の実施形態において、本開示は、次の工程:
a)光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、この光硬化性組成物は:
フリーラジカル重合可能な化合物と、
タイプI光開始剤と、
フリーラジカル重合阻害剤とを含む、工程と、
c)光硬化性組成物の少なくとも一部分を、光線に露光させることにより、少なくとも部分的に硬化させ、これにより、タイプI光開始剤による光の一部分の多光子吸収が、フリーラジカル重合可能な化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、光線による露光の段階的な増加によって、光線に露光した光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなる、工程と、を含む方法を提供する。
In a nineteenth embodiment, the present disclosure includes the following steps:
a) providing a light beam;
b) providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising:
A compound capable of free radical polymerization;
A type I photoinitiator;
A process comprising a free radical polymerization inhibitor;
c) a compound capable of at least partially curing at least a portion of the photocurable composition by exposure to light, whereby multiphoton absorption of a portion of the light by a Type I photoinitiator is free radically polymerizable. Initiating free radical polymerization of the light, and thereby reducing the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light by stepwise increasing the exposure with the light. To do.

第20の実施形態において、本開示は、第19の実施形態による方法を提供し、工程c)において少なくとも現像のための閾値レベルまで硬化した光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む。   In a twentieth embodiment, the present disclosure provides a method according to the nineteenth embodiment, and developing at least a portion of the photocurable composition cured in step c) to at least a threshold level for development. In addition.

第21の実施形態において、本開示は、第19又は第20の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、フリーラジカル重合可能な化合物は、フリーラジカル重合可能アクリレート又はフリーラジカル重合可能メタクリレートのうちの少なくとも1つを含む。   In a twenty-first embodiment, the present disclosure provides a method according to the nineteenth or twentieth embodiment, wherein the free radical polymerizable compound is a free radical polymerizable acrylate or free radical polymerizable methacrylate. Including at least one.

第22の実施形態において、本開示は、第21の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、このフリーラジカル重合可能な化合物は、フリーラジカル重合可能メタクリレートを含む。   In a twenty-second embodiment, the present disclosure provides a method according to the twenty-first embodiment, wherein the free radical polymerizable compound comprises a free radical polymerizable methacrylate.

第23の実施形態において、本開示は、第19〜第22の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、タイプI光開始剤は、置換又は未置換の、ベンゾインエーテル、ベンジルケタル、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−ジアルキルアミノアルキルフェノン、アシルホスフィンオキシド、アシルホスフィン、これらの置換誘導体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。   In a twenty-third embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the nineteenth to twenty-second embodiments, wherein the Type I photoinitiator is a substituted or unsubstituted benzoin ether, benzyl It is selected from the group consisting of ketal, α, α-dialkoxyacetophenone, α-hydroxyalkylphenone, α-dialkylaminoalkylphenone, acylphosphine oxide, acylphosphine, substituted derivatives thereof, and combinations thereof.

第24の実施形態において、本開示は、第19〜第23の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、タイプI光開始剤は、2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−4’−モルホリノブチロフェノンを含む。   In a twenty-fourth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the nineteenth to twenty-third embodiments, wherein the type I photoinitiator is 2-benzyl-2- (dimethylamino) Contains -4'-morpholinobyllophenone.

第25の実施形態において、本開示は、第19〜第24の実施形態のいずれか一つによる方法を提供し、ここにおいて、この光硬化性組成物は更に有機ポリマーを含み、かつ実質的に非流動性である。   In a twenty-fifth embodiment, the present disclosure provides a method according to any one of the nineteenth to twenty-fourth embodiments, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer and substantially It is non-fluid.

第26の実施形態において、本開示は、第25の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、光硬化性組成物は層を形成し、この層は基材上に配置される。   In a twenty-sixth embodiment, the present disclosure provides a method according to a twenty-fifth embodiment, wherein the photocurable composition forms a layer, and the layer is disposed on a substrate.

第27の実施形態において、本開示は、第26の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、光線は、所定のパターンにしたがって光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる。   In a twenty-seventh embodiment, the present disclosure provides a method according to the twenty-sixth embodiment, wherein step c) is repeated a plurality of times, each time the light beam is a photocurable composition according to a predetermined pattern. Focus on various locations within the object.

第28の実施形態において、本開示は、第27の実施形態による方法を提供し、ここにおいて、所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる。   In a twenty-eighth embodiment, this disclosure provides a method according to a twenty-seventh embodiment, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of three dimensions.

以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。   The following non-limiting examples further illustrate the objects and advantages of the present disclosure, but the specific materials and amounts thereof described in these examples, as well as other conditions and details, unduly limit the present disclosure. It should not be interpreted as a thing.

特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部、比率(%)及び比等は、重量基準である。   Unless otherwise indicated, all parts, ratios (%), ratios, etc. in the examples and the rest of the specification are by weight.

材料
PMMAは、Aldrich Chemical Company(Milwaukee、Wisconsin)から入手したポリ(メチルメタクリレート)(MW=120,000グラム/モル)を指す。
Materials PMMA refers to poly (methyl methacrylate) (MW = 120,000 grams / mole) obtained from Aldrich Chemical Company (Milwaukee, Wisconsin).

SR 350トリメチロールプロパントリメタクリレートは、55〜75ppmのヒドロキノンと、約6ppmのMEHQ阻害剤を含み、Sartomer USA,LLC(Exton、Pennsylvania)から入手した。   SR 350 trimethylolpropane trimethacrylate, containing 55-75 ppm hydroquinone and about 6 ppm MEHQ inhibitor, was obtained from Sartomer USA, LLC (Exton, Pennsylvania).

SR 368トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレートは、75〜125ppmのMEHQ阻害剤を含み、Sartomer USAから入手した。   SR 368 tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate contained 75-125 ppm MEHQ inhibitor and was obtained from Sartomer USA.

SR 9008三官能性アクリレートモノマーは、150〜325ppmのMEHQ阻害剤を含み、Sartomer USAから入手した。   SR 9008 trifunctional acrylate monomer contained 150-325 ppm of MEHQ inhibitor and was obtained from Sartomer USA.

SR 9009三官能性メタクリレートモノマーは、160〜220ppmのMEHQ阻害剤を含み、Sartomer USAから入手した。   SR 9009 trifunctional methacrylate monomer contained 160-220 ppm MEHQ inhibitor and was obtained from Sartomer USA.

IRGACURE 369 2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1は、Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown、New York)から入手した。   IRGACURE 369 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1 was obtained from Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, New York).

KL68は、米国特許第7,265,161号(Leatherdaleら)の記述に従い合成された、下記に示す構造Iを有する光増感剤を指す。   KL68 refers to a photosensitizer having the structure I shown below, synthesized according to the description of US Pat. No. 7,265,161 (Leatherdale et al.).

Figure 2015512061
Figure 2015512061

PTAは、フリーラジカル重合阻害剤のフェノチアジンを指す。   PTA refers to the free radical polymerization inhibitor phenothiazine.

MEHQは、Alfa−Aesar(Ward Hill、Massachusetts)から入手した、フリーラジカル重合阻害剤の4−メトキシフェノールを指す。   MEHQ refers to 4-methoxyphenol, a free radical polymerization inhibitor, obtained from Alfa-Aesar (Ward Hill, Massachusetts).

TEMPOは、Sigma−Aldrich(Milwaukee、Wisconsin)から入手した、フリーラジカル重合阻害剤の2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシを指す。   TEMPO refers to the free radical polymerization inhibitor 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy obtained from Sigma-Aldrich (Milwaukee, Wisconsin).

ウエハ上にコーティングされたアクリレート及びメタクリレートフォトレジストを調製するための一般的方法:
アクリレートストック溶液は、30重量部のPMMA、35重量部のSR 9008三官能性アクリレートモノマー、及び35重量部のSR 368アルコキシル化三官能性アクリレートモノマーを、シクロペンタノン中で混合することにより調製された。結果として得られた溶液は、シクロペンタノン中55重量パーセントの固形物であった。
General method for preparing acrylate and methacrylate photoresists coated on a wafer:
An acrylate stock solution is prepared by mixing 30 parts by weight PMMA, 35 parts by weight SR 9008 trifunctional acrylate monomer, and 35 parts by weight SR 368 alkoxylated trifunctional acrylate monomer in cyclopentanone. It was. The resulting solution was 55 weight percent solids in cyclopentanone.

メタクリレートストック溶液はアクリレートストック溶液と同様にして調製され、ただし代わりに、30重量部のPMMA、35重量部のSR 9009三官能性メタクリレートモノマー、及び35重量部のSR 350トリメチロールプロパントリメタクリレートを含めた。結果として得られた溶液は、シクロペンタノン中55重量パーセントの固形物であった。   The methacrylate stock solution is prepared in the same manner as the acrylate stock solution, but instead includes 30 parts by weight PMMA, 35 parts by weight SR 9009 trifunctional methacrylate monomer, and 35 parts by weight SR 350 trimethylolpropane trimethacrylate. It was. The resulting solution was 55 weight percent solids in cyclopentanone.

アクリレート及びメタクリレートフォトレジスト溶液は、上で調製されたアクリレート及びメタクリレートストック溶液それぞれに、望ましい量の光開始剤、光増感剤、及び阻害剤を添加することによって調製された。実施例1〜10に使用したアクリレート及びメタクリレートフォトレジスト溶液を調製するために添加した光開始剤、光増感剤、及び阻害剤の量が、下記に記載されている。望ましい量の光開始剤及び/又は阻害剤を最初に最小量のシクロペンタノンに溶かしてから、これをアクリレート又はメタクリレートストック溶液に加えた。   Acrylate and methacrylate photoresist solutions were prepared by adding the desired amounts of photoinitiator, photosensitizer, and inhibitor to each of the acrylate and methacrylate stock solutions prepared above. The amounts of photoinitiator, photosensitizer, and inhibitor added to prepare the acrylate and methacrylate photoresist solutions used in Examples 1-10 are listed below. The desired amount of photoinitiator and / or inhibitor was first dissolved in a minimum amount of cyclopentanone and then added to the acrylate or methacrylate stock solution.

撹拌後、フォトレジスト溶液を0.7マイクロメートルフィルタで濾過し、スピンコーティングでシリコンウエハにコーティングした。結果として得られたフォトレジストコーティングは、厚さ5〜15マイクロメートルであった。   After stirring, the photoresist solution was filtered through a 0.7 micrometer filter and coated on a silicon wafer by spin coating. The resulting photoresist coating was 5-15 micrometers thick.

書き込み速度閾値及びボクセル高さを測定するための一般的方法:
単純な2光子書き込みシステムを使用して、書き込み速度閾値及びボクセル高さを調べた。このシステムは、小さな面積(約0.1mm)の上の形状をカバーするよう設計され、中央波長807ナノメートル(nm)、パルス幅112フェムト秒(fs)を有するフェムト秒ファイバーレーザー(モデルF−100、IMRA America,Inc.(Ann Arbor、Michigan)から販売)を、レーザー光線出力制御、空中対物レンズ(40x、開口数0.95)、及び、書き込みパラメータに従ってコンピュータ支援設計(CAD)と同期した電磁シャッターと共に装備した。サンプルを、piezosystem jena TRITOR−400(piezosystem jena(ドイツ・Jena))のコンピュータ駆動されるナノ配置X、Y、Zステージ(Newport Corporation(Santa Clara、California)から入手)に搭載した。Ocean Optics USB−2000スペクトロメーター(Ocean Optics,Inc.(Dunedin、Florida)から入手)を共焦点界面検出システムに使用して、基材−フォトレジスト界面の位置を正確かつ精密に測定した。このシステムは毎秒約1〜300マイクロメートルのスキャン速度が可能であった。
General methods for measuring writing speed threshold and voxel height:
A simple two-photon writing system was used to examine the writing speed threshold and voxel height. This system is designed to cover top features over a small area (about 0.1 mm 2 ), a femtosecond fiber laser (model F) with a central wavelength of 807 nanometers (nm) and a pulse width of 112 femtoseconds (fs) -100, sold by IMRA America, Inc. (available from Ann Arbor, Michigan)) with computer-aided design (CAD) according to laser beam power control, aerial objective lens (40x, numerical aperture 0.95), and writing parameters Equipped with electromagnetic shutter. Samples were mounted on a piezosystem jena TRITOR-400 (piezosystem jena, Jena, Germany) on a computer-driven nanoconfiguration X, Y, Z stage (obtained from Newport Corporation, Santa Clara, Calif.). An Ocean Optics USB-2000 spectrometer (obtained from Ocean Optics, Inc. (Dunedin, Florida)) was used in a confocal interface detection system to accurately and precisely measure the location of the substrate-photoresist interface. This system was capable of scanning speeds of about 1 to 300 micrometers per second.

下記の実施例の各フォトレジストフィルムについて、上記のシステムを使って、図5に示すように、2次元の15本線配列構造の異なるセットを、毎秒約1〜300マイクロメートルの範囲の速度で書き込んだ。所与のセットにおいて、15本の線それぞれが同じ速度で書き込まれたが、Z位置は異なり、ここにおいてZは、界面で反射したレーザー光線のピークがファイバースペクトル検出器によって検出されたZ位置であった。Zは典型的に、Z=179又は181マイクロメートルで生じた。 For each of the photoresist films in the examples below, using the system described above, a different set of two-dimensional 15-line array structures are written at a rate in the range of about 1 to 300 micrometers per second, as shown in FIG. It is. In a given set, each of the 15 lines was written at the same speed, but the Z position was different, where Z o is the Z position at which the peak of the laser beam reflected at the interface was detected by the fiber spectrum detector. there were. Z o typically occurred at Z = 179 or 181 micrometers.

上述のように書き込まれた2次元直線構造は、書き込み後に未硬化材料を溶かすSU−8現像液(MicroChem Corp.(Newton、Massachusetts)から入手)によって洗い流されないようにするために、基材上に固定する必要があった。ボクセルの寸法は、レーザー光線出力、露光用量、及び使用した光開始剤系の光感度に相関していた。   The two-dimensional linear structure written as described above is not washed away on the substrate by a SU-8 developer (obtained from MicroChem Corp. (Newton, Massachusetts)) that dissolves the uncured material after writing. It was necessary to fix to. Voxel dimensions correlated with laser beam power, exposure dose, and photosensitivity of the photoinitiator system used.

サンプルステージの高さが、対物レンズから出るレーザー光線のくびれ部分(又は焦点面)がフィルム/基材界面(Z)に来るように調節された場合、書き込み速度と染料濃度に伴う露光用量が閾値範囲内であった場合に、書き込まれた線は生き残った。書き込み速度が閾値速度よりも速かった場合、すなわち、フィルムを硬化するのに必要な露光用量に達しなかった場合、書き込まれた線は、基材表面に固定してあった場合であっても、現像に対して生き残らなかった。生き残った線のセットを調べ、フィルムに適用された所与のレーザー出力及び染料濃度に対する閾値書き込み速度を決定した。 If the sample stage height is adjusted so that the constriction (or focal plane) of the laser beam exiting the objective lens is at the film / substrate interface (Z o ), the exposure dose with writing speed and dye concentration will be the threshold If it was within range, the written line survived. If the writing speed was faster than the threshold speed, i.e. if the exposure dose required to cure the film was not reached, even if the written line was fixed on the substrate surface, Did not survive development. The set of surviving lines was examined to determine the threshold writing speed for a given laser power and dye concentration applied to the film.

一方、サンプルステージが、レーザー光線のくびれ部分がフィルム/基材界面に来ないように設定された場合、ボクセル寸法が十分に大きい場合に限り、所与の書き込み速度で書き込まれた線は生き残った(すなわち、界面での露光用量が依然として、フィルムに使用した書き込み速度及び染料濃度に対する閾値用量を超えている)。これは、下記の実施例1〜6に使用される個々のフィルムについてレーザーのボクセル高さを測定するシンプルな方法となった。   On the other hand, when the sample stage is set so that the constriction of the laser beam does not come to the film / substrate interface, the lines written at a given writing speed survive only if the voxel dimensions are large enough ( That is, the exposure dose at the interface still exceeds the threshold dose for the writing speed and dye density used for the film). This has become a simple method of measuring the laser voxel height for the individual films used in Examples 1-6 below.

ボクセル高さは、現像に対して(書き込まれた15本の中で)何本の線が生き残ったかを調べることによって決定された。生き残った線から、最高のZ線のZと、最低のZ線の前のZとの間の差が、ボクセル高さとなった。   Voxel height was determined by examining how many lines survived (out of 15 written) for development. From the surviving line, the difference between the Z of the highest Z line and the Z before the lowest Z line became the voxel height.

次に、実施例1〜7それぞれのフォトレジスト組成物について、造影曲線(すなわち、書き込み速度の逆数(1マイクロメートル当たりの秒)に対するボクセル寸法のプロット)が生成された。   Next, contrast curves (ie plots of voxel dimensions against reciprocal writing speed (seconds per micrometer)) were generated for each of the photoresist compositions of Examples 1-7.

(実施例1及び2)
実施例1では、上述のように調製された、0.5重量パーセントのIRGACURE 369光開始剤を有するアクリレートフォトレジストが使用された。実施例2では、上述のように調製された、1.5重量パーセントのIRGACURE 369光開始剤を有するメタクリレートフォトレジストが使用された。実施例1及び2において、フォトレジストが上述のようにシリコンウエハ上にコーティングされ、それぞれについて図6の造影曲線が生成された。実施例1及び2は空気中で実施された。使用されたレーザー出力は、実施例1及び2についてそれぞれ、7及び18ミリワット(mW)であった。実施例1のアクリレートフォトレジストに匹敵するボクセル寸法を生成するには、実施例2のメタクリレートフォトレジストでは、1.5重量パーセントのIRGACURE 369光開始剤と、18mWのレーザー出力を使用する必要があったことに注意されたい。実施例1及び2の両方の造影曲線が、造影が陰性(傾き<0)である領域を示した。実施例2(すなわち、メタクリレートフォトレジスト)については、陰性造影の領域が、より高速のスキャン速度で観察され、より明らかである。
(Examples 1 and 2)
In Example 1, an acrylate photoresist with 0.5 weight percent IRGACURE 369 photoinitiator prepared as described above was used. In Example 2, a methacrylate photoresist with 1.5 weight percent IRGACURE 369 photoinitiator prepared as described above was used. In Examples 1 and 2, a photoresist was coated on a silicon wafer as described above, and the contrast curve of FIG. 6 was generated for each. Examples 1 and 2 were performed in air. The laser power used was 7 and 18 milliwatts (mW) for Examples 1 and 2, respectively. To produce voxel dimensions comparable to the acrylate photoresist of Example 1, the methacrylate photoresist of Example 2 required the use of 1.5 weight percent IRGACURE 369 photoinitiator and a laser power of 18 mW. Please note that. The contrast curves of both Examples 1 and 2 showed areas where contrast was negative (slope <0). For Example 2 (i.e., methacrylate photoresist), the areas of negative contrast are more apparent and observed at higher scan speeds.

(実施例3及び4)
実施例3及び4は、実施例1及び2と同様にして実施され、ただし、実施例3は0.05重量パーセントのKL 68光増感剤を含むアクリレートフォトレジストと2.5mWのレーザー出力を使用し、実施例4は0.05重量パーセントのKL 68光増感剤を含むメタクリレートフォトレジストと25mWを使用した。実施例3及び4について得られた造影曲線を図7に示す。実施例3及び4は空気中で実施された。実施例3及び4の造影曲線は、実施例1及び2の造影曲線と同様であった。
(Examples 3 and 4)
Examples 3 and 4 were performed in the same manner as Examples 1 and 2, except that Example 3 provided an acrylate photoresist containing 0.05 weight percent KL 68 photosensitizer and a laser power of 2.5 mW. Used, Example 4 used a methacrylate photoresist containing 0.05 weight percent KL 68 photosensitizer and 25 mW. The contrast curves obtained for Examples 3 and 4 are shown in FIG. Examples 3 and 4 were performed in air. The contrast curves of Examples 3 and 4 were the same as the contrast curves of Examples 1 and 2.

比較実施例A
比較実施例Aは、実施例3と同様にして実施され、ただし、窒素雰囲気下で実施された。実施例3と比較実施例Aの造影曲線を、図8に示す。実施例3(空気中で実施)では陰性造影の領域が観察されたが、窒素中の実施例5では陰性造影の領域は観察されなかった。窒素中で露光した場合の閾値書き込み速度は、空気中で露光した場合よりも約4倍高かった(より低い用量であった)。
Comparative Example A
Comparative Example A was performed in the same manner as Example 3, except that it was performed under a nitrogen atmosphere. The contrast curves of Example 3 and Comparative Example A are shown in FIG. In Example 3 (performed in air), a negative contrast region was observed, but in Example 5 in nitrogen, a negative contrast region was not observed. The threshold writing speed when exposed in nitrogen was about 4 times higher (lower dose) than when exposed in air.

(実施例5〜8)
実施例5〜7は、比較実施例Aと同様にして実施され、ただし、それぞれのフォトレジスト組成物には、0.1重量パーセント、0.5重量パーセント、及び1重量パーセントのフェノチアジン阻害剤が含まれた。実施例8は、比較実施例Aと同様にして実施され、ただし、フォトレジスト組成物には0.25重量パーセントのTEMPOが含まれた。実施例5〜8は、窒素雰囲気下で実施された。比較実施例Aと実施例5〜7の造影曲線を図9に示す。比較実施例Aと実施例8の造影曲線を図10に示す。
(Examples 5 to 8)
Examples 5-7 are performed in the same manner as Comparative Example A, except that each photoresist composition contains 0.1 weight percent, 0.5 weight percent, and 1 weight percent phenothiazine inhibitor. Included. Example 8 was performed similarly to Comparative Example A except that the photoresist composition contained 0.25 weight percent TEMPO. Examples 5-8 were performed under a nitrogen atmosphere. The contrast curves of Comparative Example A and Examples 5-7 are shown in FIG. The contrast curves of Comparative Example A and Example 8 are shown in FIG.

(実施例9)
実施例9は、実施例2と同様にして実施され、ただし、フォトレジストには、0.1重量パーセントのMEHQ阻害剤が含まれた。実施例2及び9の造影曲線を図11に示す。
Example 9
Example 9 was performed in the same manner as Example 2, except that the photoresist contained 0.1 weight percent MEHQ inhibitor. The contrast curves of Examples 2 and 9 are shown in FIG.

(実施例10)
実施例10は、メタクリレートストック溶液に、その重量の1.2倍の量のシクロペンタノンを加えることにより、2.5重量パーセントのIRGACURE 369光開始剤を有する、希釈されたメタクリレートフォトレジストを調製し、これをシリコン基材上にスピンコーティングして、厚さ約2マイクロメートルのフィルムを得た。フィルム−基材界面位置、界面より下、及び界面より上の垂直位置で、異なる露光時間(エネルギー用量)において、静的光線により書き込まれたスポット配列を、それぞれガウス光線ならびにラゲール・ガウス光線を使用して、窒素下ならびに空気支配的な環境下で、実施した。異なるスポット配列について、異なるレーザー出力を印加した。ガウス光線は、上述の光学コンポーネント直後のレーザー光源から得られ、ラゲール・ガウス光線は、VORTEX位相マスク(RPC Photonics Corp.(Rochester、New York)から入手)を通してガウス光線を導くことにより得られた。ラゲール・ガウス光線については、中心の強度は、高強度の環領域に比べて約6分の1から13分の1であった。
(Example 10)
Example 10 prepares a diluted methacrylate photoresist with 2.5 weight percent IRGACURE 369 photoinitiator by adding 1.2 times its weight of cyclopentanone to the methacrylate stock solution. This was spin-coated on a silicon substrate to obtain a film having a thickness of about 2 micrometers. Spot alignment written by static rays at different exposure times (energy doses) at the film-substrate interface position, below the interface, and above the interface, using Gaussian and Laguerre Gaussian rays respectively. Then, it was carried out under nitrogen and air-dominated environment. Different laser power was applied for different spot arrays. Gaussian rays were obtained from a laser source immediately after the optical component described above, and Laguerre Gaussian rays were obtained by directing Gaussian rays through a VORTEX phase mask (obtained from RPC Photonics Corp. (Rochester, New York)). For Laguerre Gaussian rays, the central intensity was about 1/6 to 1/13 compared to the high intensity ring region.

空気中のガウス光線を使用した場合、ドーナツ形状のスポット(図12A)が明らかに観察された。同種の露光条件(空気中で、同じ露光エネルギー)においてラゲール・ガウス光線を使用した場合、ドーナツ形状は明瞭ではなくなった(図12B)。ラゲール・ガウス光線によって形成されたスポット中心の穴(又は陥凹)の直径は、ガウス光線によって形成されたものよりはるかに小さかった。これらの結果は直観には反しており、陰性造影曲線の結果に合致している。   When using Gaussian rays in the air, a donut-shaped spot (FIG. 12A) was clearly observed. When Laguerre Gaussian rays were used under the same exposure conditions (same exposure energy in air), the donut shape was not clear (FIG. 12B). The diameter of the spot center hole (or depression) formed by Laguerre Gaussian rays was much smaller than that formed by Gaussian rays. These results are counterintuitive and are consistent with the negative contrast curve results.

図12A及び12Bにおいて、スポット配列は、z位置(界面から1μm上)で、異なる露光時間で、空気中における静的光線露光により形成され、レーザー出力は30mWを用い、フィルム厚さは2マイクロメートルで、メタクリレートストック溶液に加えられた2.5重量パーセントのIRGACURE 369光開始剤を含んでいた。図12Aにおいて、ガウス光線特性が使用された(1行目、2行目、及び3行目に対してそれぞれ、2秒、4秒、及び6秒の露光時間が使用された)。図12Bにおいて、ラゲール・ガウス光線が使用された(1行目、2行目、及び3行目に対してそれぞれ、2秒、4秒、及び6秒の露光時間が使用された)。   In FIGS. 12A and 12B, the spot array is formed by static light exposure in air at different exposure times at z position (1 μm above the interface), the laser power is 30 mW, and the film thickness is 2 micrometers. And contained 2.5 weight percent IRGACURE 369 photoinitiator added to the methacrylate stock solution. In FIG. 12A, Gaussian ray characteristics were used (exposure times of 2 seconds, 4 seconds, and 6 seconds were used for the first, second, and third lines, respectively). In FIG. 12B, Laguerre Gaussian rays were used (exposure times of 2 seconds, 4 seconds, and 6 seconds were used for the first, second, and third rows, respectively).

(実施例11)
実施例1の手順を繰り返し、ただし、IRGACURE 369光開始剤の濃度を1.5重量パーセントとし、レーザー出力は2.5mWであった。実施例11の造影曲線を図13に示す。
(Example 11)
The procedure of Example 1 was repeated except that the concentration of IRGACURE 369 photoinitiator was 1.5 weight percent and the laser power was 2.5 mW. The contrast curve of Example 11 is shown in FIG.

本明細書において引用した特許及び刊行物はすべて、それらの全容を本明細書に援用するものである。本明細書に示すすべての実施例は、特に断らないかぎりは非限定的なものとみなされるべきものである。当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点は理解されるべきである。   All patents and publications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. All examples presented herein are to be considered non-limiting unless otherwise specified. Those skilled in the art can make various modifications and changes to the present disclosure without departing from the scope and spirit of the present disclosure, and the present disclosure is unnecessary for the exemplary embodiments described above. It should be understood that it should not be limited.

Claims (28)

a)光線を提供する工程であって、前記光線は、光の強度が比較的高い外側領域によって囲まれた、光の強度が比較的低い内側領域を含む、光線断面プロファイルを有し、ここにおいて前記内側領域と前記外側領域は同じ時間的プロファイルを有する、工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、前記光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、フリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含む、工程と、
c)前記光硬化性組成物の少なくとも一部分を前記光線に露光させることにより、前記光の一部の前記多光子光開始剤系による多光子吸収が、前記フリーラジカル重合可能化合物の少なくとも一部分にフリーラジカル重合を開始させる工程であって、ここにおいて、前記光硬化性組成物に、前記光線の内側領域の少なくとも一部分を照射することにより、前記光硬化性組成物の一部分に、少なくとも現像のための閾値レベルまでの硬化が生じ、そして、前記光硬化性組成物に前記光線の内側領域に隣接する外側領域の少なくとも一部分を照射することによっては、前記光硬化性組成物に、少なくとも現像のための前記閾値レベルまでの硬化が生じない、工程と、
を含む方法。
a) providing a light beam, said light beam having a light beam cross-sectional profile comprising an inner region of relatively low light intensity surrounded by an outer region of relatively high light intensity, wherein The inner region and the outer region have the same temporal profile;
b) providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a free radical polymerizable compound, a free radical polymerization inhibitor, and a multiphoton photoinitiator system; ,
c) exposing at least a portion of the photocurable composition to the light beam so that multiphoton absorption of the portion of the light by the multiphoton photoinitiator system is free to at least a portion of the free radical polymerizable compound. Starting radical polymerization, wherein the photocurable composition is irradiated with at least a portion of the inner region of the light beam to cause at least a portion of the photocurable composition to develop. Curing to a threshold level occurs, and by irradiating the photocurable composition to at least a portion of the outer region adjacent to the inner region of the light beam, the photocurable composition is subjected to at least for development. No curing to the threshold level occurs; and
Including methods.
前記光硬化性組成物が、有機ポリマーを更に含み、前記光硬化性組成物は実質的に非流動性である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer, and the photocurable composition is substantially non-flowable. 前記光線断面プロファイルの外側領域が実質的に環状である、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the outer region of the beam cross-sectional profile is substantially annular. 前記光線が、ガウス・ラゲールモードのレーザー光を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the light beam includes a Gauss-Laguerre mode laser beam. 前記光硬化性組成物が層を形成し、前記層が基材上に配置される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the photocurable composition forms a layer, and the layer is disposed on a substrate. 工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、前記光線は、所定のパターンにしたがって前記光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   6. Step c) is repeated a plurality of times, and in each iteration, the light beam focuses on various positions within the photocurable composition according to a predetermined pattern. the method of. 前記所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of three dimensions. 工程c)において少なくとも現像のための前記閾値レベルまで硬化した前記光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。   8. The method of any one of claims 1-7, further comprising developing at least a portion of the photocurable composition cured in step c) to at least the threshold level for development. 前記フリーラジカル重合阻害剤が、分子状酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the free radical polymerization inhibitor comprises a free radical polymerization inhibitor other than molecular oxygen. 前記フリーラジカル重合可能化合物が、少なくとも2つのアクリロイル基を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。   10. A method according to any one of claims 1 to 9, wherein the free radical polymerizable compound comprises at least two acryloyl groups. a)少なくとも一つの光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、前記光硬化性組成物は、フリーラジカル重合可能な化合物と、分子状酸素以外のフリーラジカル重合阻害剤と、多光子光開始剤系とを含み、前記フリーラジカル重合阻害剤は、酸素の不在下で有効である、工程と、
c)前記光硬化性組成物の少なくとも一部分を、少なくとも一つの前記光線に露光させることにより、少なくとも部分的に硬化させ、これにより、前記多光子光開始剤系による光の一部分の多光子吸収が、前記フリーラジカル重合可能化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、前記光線による露光の段階的な増加によって、前記光線に露光した前記光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなり、ここにおいて前記光硬化性組成物は、前記光硬化性組成物が前記光線に露光する前は、実質的に分子状酸素を含まない、工程と、
を含む方法。
a) providing at least one light beam;
b) a step of providing a photocurable composition, the photocurable composition comprising a compound capable of free radical polymerization, a free radical polymerization inhibitor other than molecular oxygen, a multiphoton photoinitiator system, The free radical polymerization inhibitor is effective in the absence of oxygen, and
c) at least partially curing at least a portion of the photocurable composition by exposing it to at least one of the light beams, whereby multiphoton absorption of a portion of light by the multiphoton photoinitiator system is Initiating free radical polymerization of the free radical polymerizable compound and thereby reducing the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light by stepwise increasing the exposure with the light. Wherein the photocurable composition is substantially free of molecular oxygen before the photocurable composition is exposed to the light beam, and
Including methods.
前記光硬化性組成物が、前記光硬化性組成物の合計重量に基づき、約0.1〜約0.75重量パーセントの前記フリーラジカル重合阻害剤を含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the photocurable composition comprises about 0.1 to about 0.75 weight percent of the free radical polymerization inhibitor, based on the total weight of the photocurable composition. 前記フリーラジカル重合可能化合物が少なくとも2つのメタクリロイル基を含み、前記光硬化性組成物がアクリレートを実質的に含まない、請求項11又は12に記載の方法。   13. A method according to claim 11 or 12, wherein the free radical polymerizable compound comprises at least two methacryloyl groups and the photocurable composition is substantially free of acrylates. 前記光硬化性組成物が更に有機ポリマーを含み、かつ実質的に非流動性である、請求項11〜13のいずれか一項に記載の方法。   14. A method according to any one of claims 11 to 13, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer and is substantially non-flowable. 前記光硬化性組成物が層を形成し、前記層が基材上に配置される、請求項11〜14のいずれか一項に記載の方法。   15. The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the photocurable composition forms a layer and the layer is disposed on a substrate. 工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、前記光線は、所定のパターンにしたがって前記光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる、請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。   16. Step c) is repeated a plurality of times, in each iteration the light rays are focused on various positions within the photocurable composition according to a predetermined pattern. the method of. 前記所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of the three dimensions. 工程c)において少なくとも現像のための前記閾値レベルまで硬化した前記光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む、請求項11〜17のいずれか一項に記載の方法。   18. A method according to any one of claims 11 to 17, further comprising developing at least a portion of the photocurable composition cured in step c) to at least the threshold level for development. a)光線を提供する工程と、
b)光硬化性組成物を提供する工程であって、前記光硬化性組成物が:
フリーラジカル重合可能な化合物と、
タイプI光開始剤と、
フリーラジカル重合阻害剤とを含む、工程と、
c)前記光硬化性組成物の少なくとも一部分を、前記光線に露光させることにより、少なくとも部分的に硬化させ、これにより、前記タイプI光開始剤による光の一部分の多光子吸収が、前記フリーラジカル重合可能化合物のフリーラジカル重合を開始させ、そしてこれにより、前記光線による露光の段階的な増加によって、前記光線に露光した前記光硬化性組成物の少なくとも一部分の硬化の程度が少なくなる、工程と、
を含む方法。
a) providing a light beam;
b) providing a photocurable composition, wherein the photocurable composition is:
A compound capable of free radical polymerization;
A type I photoinitiator;
A process comprising a free radical polymerization inhibitor;
c) at least a portion of the photocurable composition is at least partially cured by exposure to the light, whereby multiphoton absorption of a portion of the light by the type I photoinitiator is Initiating free radical polymerization of the polymerizable compound, thereby reducing the degree of curing of at least a portion of the photocurable composition exposed to the light by stepwise increasing exposure to the light; and ,
Including methods.
工程c)において少なくとも現像のための前記閾値レベルまで硬化した前記光硬化性組成物の、少なくとも一部分を現像することを更に含む、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, further comprising developing at least a portion of the photocurable composition cured in step c) to at least the threshold level for development. 前記フリーラジカル重合可能化合物が、フリーラジカル重合可能アクリレート又はフリーラジカル重合可能メタクリレートのうちの少なくとも1つを含む、請求項19又は20に記載の方法。   21. The method of claim 19 or 20, wherein the free radical polymerizable compound comprises at least one of a free radical polymerizable acrylate or a free radical polymerizable methacrylate. 前記フリーラジカル重合可能化合物が、フリーラジカル重合可能メタクリレートを含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the free radical polymerizable compound comprises a free radical polymerizable methacrylate. 前記タイプI光開始剤が、置換又は未置換の、ベンゾインエーテル、ベンジルケタル、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−ジアルキルアミノアルキルフェノン、アシルホスフィンオキシド、アシルホスフィン、これらの置換誘導体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項19〜22のいずれか一項に記載の方法。   The type I photoinitiator is substituted or unsubstituted benzoin ether, benzyl ketal, α, α-dialkoxyacetophenone, α-hydroxyalkylphenone, α-dialkylaminoalkylphenone, acylphosphine oxide, acylphosphine, 23. A method according to any one of claims 19 to 22 selected from the group consisting of substituted derivatives and combinations thereof. 前記タイプI光開始剤が、2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−4’−モルホリノブチロフェノンを含む、請求項19〜23のいずれか一項に記載の方法。   24. A method according to any one of claims 19 to 23, wherein the type I photoinitiator comprises 2-benzyl-2- (dimethylamino) -4'-morpholinobutyrophenone. 前記光硬化性組成物が更に有機ポリマーを含み、かつ実質的に非流動性である、請求項19〜24のいずれか一項に記載の方法。   25. A method according to any one of claims 19 to 24, wherein the photocurable composition further comprises an organic polymer and is substantially non-flowable. 前記光硬化性組成物が層を形成し、前記層が基材上に配置される、請求項19〜24のいずれか一項に記載の方法。   25. A method according to any one of claims 19 to 24, wherein the photocurable composition forms a layer and the layer is disposed on a substrate. 工程c)が複数回繰り返され、各繰り返しにおいて、前記光線は、所定のパターンにしたがって前記光硬化性組成物内の様々な位置に焦点を合わせる、請求項19〜23のいずれか一項に記載の方法。   24. Step c) is repeated a plurality of times, and in each iteration, the light beam focuses on various positions within the photocurable composition according to a predetermined pattern. the method of. 前記所定のパターンには、3次元それぞれにおける所定のパターンバリエーションが含まれる、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the predetermined pattern includes a predetermined pattern variation in each of the three dimensions.
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